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CuriosaMente - Videos Interessantes, ¿Qué es la mecánica cuántica?

¿Qué es la mecánica cuántica?

“Física cuántica” es un término que oímos con frecuencia, pero del que se tiene

una idea tan vaga que incluso hay quien lo usa para vender engañosas “curas mediante

la mente” o supuestamente cumplir tus deseos con tan sólo pensarlo… Realmente...

¿Qué es la mecánica cuántica? A finales del siglo XIX los físicos estaban

muy satisfechos. Newton había descrito el movimiento tanto de planetas como de manzanas

por medio de sencillas ecuaciones y gracias a Maxwell se había comprendido que electricidad

y magnetismo formaban parte de un mismo fenómeno. Al parecer, si tenías los datos suficientes,

era posible predecir (o determinar) cómo funcionaría cualquier sistema.

Hasta que llegó Max Planck. Se preguntaba por qué y cómo los objetos cambian de color

cuando se calientan. Sucede que es porque, la energía que absorben la liberan en forma

de luz con diferentes frecuencias. Según la mecánica clásica, a mayor energía introducida,

la “radiancia espectral” aumentaría exponencialmente, ¡tendiendo al inifinito! Pero los experimentos

mostraban que no sucedía tan rápido, y que había un límite. A este fallo de la teoría

clásica se le conoce como “la catástrofe ultravioleta”.

Para resolver este problema, justo en 1900, a Plank se le ocurrió que en vez de medir

la energía de manera continua, la podía medir en cantidades indivisibles, o paquetes,

a los que llamó “cuantos” (o en inglés “quantum”). ¡Ahora todo encajaba! La

unidad mínima de magnitud de acción (relación entre energía y tiempo) ahora se conoce como

“Constante de Planck”, y cualquier proceso físico sólo se puede medir en múltiplos

enteros de esta constante. Para Planck esta era una solución meramente matemática, pero

poco tiempo después Einstein recuperó el concepto y lo usó para explicar y predecir

el efecto fotoeléctrico, lo que le valió el premio Nobel. La realidad subatómica es

cuántica. Tanto así que Niels Bohr lo usó para construir

su modelo de átomo. En él, los electrones pueden estar en ciertas órbitas, pero nunca

en un punto intermedio: están “cuantizadas”. Y cuando pasan de una órbita a otra menor,

emiten un fotón: la partícula de la luz. Pero ¿la luz es una partícula? Científicos

como Christian Huygens, al ver fenómenos como la difracción y la refracción de la

luz, vieron que se comportaba de manera muy similar a las olas que se hacen en el agua.

Concluyeron que se trataba de una onda. Pero otros científicos, como Newton, pensaron

que entenderla como partículas explicaba mejor el asunto. Y de hecho, el efecto fotoeléctrico

Antes de la teoría cuántica, Thomas Young había hecho un experimento: entre una fuente

de luz y una pared oscura colocó un cartón con dos pequeñas rendijas. La imagen que

se proyectaba no mostraba dos barras de luz, sino varias. Esto era un clásico patrón

de interferencia que se obtendría sólo si la luz se comportaba como ondas que se reforzaban

en unas partes y se cancelaban en otras. Este experimento, conocido como “el experimento

de la doble rendija”, se puede llevar a cabo lanzando una partícula a la vez, por

ejemplo un fotón, el cual podría rebotar en la barrera o pasar por alguna de las dos

rendijas y dejar una marca al chocar con la pantalla. Si hiciéramos el experimento con

objetos como, digamos, municiones, no habría interferencia, sólo dos franjas de marcas

donde la munición ha pegado. En cambio, si lo hacemos con partículas subatómicas el

resultado es el patrón de interferencia que ya conocemos. ¡Un momento! si hemos lanzado

sólo una partícula a la vez ¿cómo puede interferir con la partícula del futuro?

Y la cosa se pone todavía más rara. Si colocamos un detector en las rendijas para saber por

cuál de ellas ha pasado el fotón ¡el patrón de interferencia desaparece y la luz se comporta

como municiones! Es como si la mera observación cambiara el resultado del experimento. A este

fenómeno se le llama “dualidad onda-partícula” de la luz. La verdad es que tanto “onda”

como “partícula” son ideas de nuestro mundo cotidiano que intentamos usar para explicar

el mundo cuántico, cuya naturaleza muchas veces va en contra de nuestra intuición.

Sucede que la realidad cuántica no es determinística, como en la física clásica, sino probabilística.

Otra consecuencia extraña de la mecánica cuántica es el principio de indeterminación

o de incertidumbre de Heisenberg: está matemáticamente demostrado que no se pueden saber dos magnitudes

de una partícula al mismo tiempo. Si conoces su posición, es imposible saber la cantidad

de movimiento, y viceversa. La indeterminación cuántica también se

aplica en el llamado “efecto Hamlet”: los materiales radioactivos tienden a decaer

hasta dejar de serlo. si no se observa, un átomo radioactivo se encuentra en dos estados

simultáneamente: ser y no ser radioactivo. De ahí el experimento mental ideado por Schrödinger:

si la vida de un gato depende de un átomo en superposición de estados ¿el gato está

vivo y muerto al mismo tiempo? Pareciera que así es, hasta que alguien lo observa.

Estos extraños resultados han tenido múltiples interpretaciones, entre ellas una que dice

que existen universos paralelos… una pregunta que resolveremos en otro video ¡CuriosaMente!

Si quieres saber más de física cuántica, te recomendamos estos videos de los canales

Date un Voltio y Quantum Fracture. ¡Y suscríbete a nuestro canal!

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¿Qué es la mecánica cuántica? ||||quantum Was ist Quantenmechanik? What is quantum mechanics? Qu'est-ce que la mécanique quantique ? 量子力学とは何か? Wat is kwantummechanica? O que é a mecânica quântica? Что такое квантовая механика?

“Física cuántica” es un término que oímos con frecuencia, pero del que se tiene Physics||||term|||||but|||| "Quantum physics" is a term that we hear often, but of which we have

una idea tan vaga que incluso hay quien lo usa para vender engañosas “curas mediante ||||||||||||trügerische|Heilmittel| |||vague||even|there is||||||deceptive|cures| so vague an idea that some people even use it to sell misleading "cures by means of

la mente” o supuestamente cumplir tus deseos con tan sólo pensarlo… Realmente... |||supposedly|||||||| the mind" or supposedly fulfill your desires just by thinking about it... Actually...

¿Qué es la mecánica cuántica? A finales del siglo XIX los físicos estaban ||||quantum|||||||| What is quantum mechanics? At the end of the 19th century physicists were

muy satisfechos. Newton había descrito el movimiento tanto de planetas como de manzanas ||||||||||||яблоки ||||beschrieben|||||||| very||Newton||described|||||||| Newton had described the motion of both planets and apples.

por medio de sencillas ecuaciones y gracias a Maxwell se había comprendido que electricidad ||||||||Maxwell||||| |||simple|equations||||Maxwell||||| by means of simple equations and thanks to Maxwell, it had been understood that electricity

y magnetismo formaban parte de un mismo fenómeno. Al parecer, si tenías los datos suficientes, |Magnetismus||||||||||||| |magnetism||||||||seem||||| and magnetism were part of the same phenomenon. Apparently, if you had enough data,

era posible predecir (o determinar) cómo funcionaría cualquier sistema. it was possible to predict (or determine) how any system would work.

Hasta que llegó Max Planck. Se preguntaba por qué y cómo los objetos cambian de color ||||Planck||||||||||| Until Max Planck came along. He wondered why and how objects change color.

cuando se calientan. Sucede que es porque, la energía que absorben la liberan en forma ||erhitzen|||||||||||| ||they heat||||||||they absorb||they release|| wenn sie sich erhitzen. Dies geschieht, weil die Energie, die sie aufnehmen, in Form von when they heat up. It happens to be because, the energy they absorb is released in the form of

de luz con diferentes frecuencias. Según la mecánica clásica, a mayor energía introducida, ||||||||||||eingeführt ||||||||||||introduced von Licht mit unterschiedlichen Frequenzen. Nach der klassischen Mechanik wird umso mehr Energie zugeführt, According to classical mechanics, the more energy introduced,

la “radiancia espectral” aumentaría exponencialmente, ¡tendiendo al inifinito! Pero los experimentos |Strahlung|spektral|würde zunehmen|exponentiell|tendierend||unendlich||| |radiance||||tending to||infinity|||

mostraban que no sucedía tan rápido, y que había un límite. A este fallo de la teoría |||||||||||||провал||| zeigten|||||||||||||Fehler||| |||||||||||The||failure||| showed that it did not happen so fast, and that there was a limit. To this failure of the theory

clásica se le conoce como “la catástrofe ultravioleta”. |is|to him/her||||| is known as "the ultraviolet catastrophe".

Para resolver este problema, justo en 1900, a Plank se le ocurrió que en vez de medir |||||||Planck|||||||| |||||||Planck|||||||| Um dieses Problem zu lösen, kam Plank im Jahr 1900 auf die Idee, statt der Messung von

la energía de manera continua, la podía medir en cantidades indivisibles, o paquetes, ||||||||||unteilbar|| ||||||||||indivisible||

a los que llamó “cuantos” (o en inglés “quantum”). ¡Ahora todo encajaba! La |||||||||||вписывалось| |||||||||Jetzt||passte zusammen| ||||how many||||quantum|||fit| He called them "quanta" (or in English "quantum"). Now everything fit! The

unidad mínima de magnitud de acción (relación entre energía y tiempo) ahora se conoce como |minimum||||||||||||| minimum unit of magnitude of action (relation between energy and time) is now known as

“Constante de Planck”, y cualquier proceso físico sólo se puede medir en múltiplos ||||||||||||Vielfachen ||||any||||||||multiples "Planck's constant", and any physical process can only be measured in multiples.

enteros de esta constante. Para Planck esta era una solución meramente matemática, pero ||||||||||чисто|| ganzzahlige Werte|||||||||||| ||||||||||merely|mathematical| For Planck, this was a purely mathematical solution, but for the

poco tiempo después Einstein recuperó el concepto y lo usó para explicar y predecir ||||wieder aufnahm||||||||| ||||recovered||||||||| Kurze Zeit später griff Einstein das Konzept wieder auf und nutzte es zur Erklärung und Vorhersage

el efecto fotoeléctrico, lo que le valió el premio Nobel. La realidad subatómica es ||fotoelektrisch||||was ihm den Nobelpreis einbrachte|||Nobelpreis|||| ||photoelectric|it|||was worth||||||subatomic| den photoelektrischen Effekt, für den er den Nobelpreis erhielt. Die subatomare Realität ist the photoelectric effect, which won him the Nobel Prize. The subatomic reality is

cuántica. Tanto así que Niels Bohr lo usó para construir ||||Niels|Bohr|||| |So much|||Niels Bohr|Bohr|||| Quanten. So sehr, dass Niels Bohr sie zur Konstruktion von

su modelo de átomo. En él, los electrones pueden estar en ciertas órbitas, pero nunca ||||||||||||Bahnen|| |||atom||||electrons|||||orbits|| In his model of the atom, electrons can be in certain orbits, but never in certain orbits.

en un punto intermedio: están “cuantizadas”. Y cuando pasan de una órbita a otra menor, |||||quantisiert||||||||| |||||quantized||||||||| an einem Zwischenpunkt: Sie sind "quantisiert". Und wenn sie sich von einer Umlaufbahn auf eine kleinere Umlaufbahn bewegen, at an intermediate point: they are "quantized". And when they pass from one orbit to a smaller one,

emiten un fotón: la partícula de la luz. Pero ¿la luz es una partícula? Científicos излучают|||||||||||||| emittieren|||||||||||||| emit||photon|||||||||||| emit a photon: the particle of light. But is light a particle? Scientists

como Christian Huygens, al ver fenómenos como la difracción y la refracción de la ||Huygens||||||Beugung|||Brechung|| ||Huygens||||||diffraction|||refraction|| as Christian Huygens, by seeing phenomena such as diffraction and refraction of light.

luz, vieron que se comportaba de manera muy similar a las olas que se hacen en el agua. ||||verhielt sich||||||||||||| |they saw|||behaved|||||||waves|||||| light, they saw that it behaved very similar to the waves that are made in the water.

Concluyeron que se trataba de una onda. Pero otros científicos, como Newton, pensaron schlossen|||||||||||| They concluded||||||wave|||||| They concluded that it was a wave, but other scientists, such as Newton, thought it was a wave.

que entenderla como partículas explicaba mejor el asunto. Y de hecho, el efecto fotoeléctrico ||||объясняло|||вопрос|||||| that understanding it as particles explained the matter better. And in fact, the photoelectric effect

Antes de la teoría cuántica, Thomas Young había hecho un experimento: entre una fuente |||||||||||||источник света ||||||jung||||||| Prior to quantum theory, Thomas Young had done an experiment: between a source

de luz y una pared oscura colocó un cartón con dos pequeñas rendijas. La imagen que |||||темная|поместил||картон||||щелями||| ||||||||||||Ritzen||| ||||||||cardboard||||cracks||| of light and a dark wall placed a cardboard with two small slits. The image that

se proyectaba no mostraba dos barras de luz, sino varias. Esto era un clásico patrón |projizierte||zeigte||||||||||| |||||bars||||||||| was projected did not show two light bars, but several. This was a classic pattern

de interferencia que se obtendría sólo si la luz se comportaba como ondas que se reforzaban |||||||||||||||verstärkten |interference|||would obtain|||||||||||reinforced of interference that would be obtained only if the light behaved as reinforcing waves.

en unas partes y se cancelaban en otras. Este experimento, conocido como “el experimento |||||they canceled|||||||| This experiment, known as "the experiment", was the first of its kind in the world.

de la doble rendija”, se puede llevar a cabo lanzando una partícula a la vez, por |||||||||выбрасывая|||||| |||Spalt|||||||||||| |||slit|one||||||||||| Doppelspalt" kann durch den Start eines Teilchens nach dem anderen durchgeführt werden, indem double slit", can be carried out by launching one particle at a time, per

ejemplo un fotón, el cual podría rebotar en la barrera o pasar por alguna de las dos ||||||отскочить|||барьер||||||| ||photon||||to bounce|||||||||| example a photon, which could either bounce off the barrier or pass through either of the two

rendijas y dejar una marca al chocar con la pantalla. Si hiciéramos el experimento con ||||||ударяться|||||мы бы сделали||| cracks|||||||||||we did||| slits and leave a mark when they hit the screen. If we were to do the experiment with

objetos como, digamos, municiones, no habría interferencia, sólo dos franjas de marcas ||||||влияния|||полоски||метки |||Munition||||||Bänder|| |||ammunition||||||stripes|| objects such as, say, ammunition, there would be no interference, just two strips of markings

donde la munición ha pegado. En cambio, si lo hacemos con partículas subatómicas el ||Munition||||||||||| ||ammunition||hit||change||||||subatomic| The same is true for subatomic particles, where the ammunition has hit.

resultado es el patrón de interferencia que ya conocemos. ¡Un momento! si hemos lanzado result|||||||||||||thrown result is the interference pattern that we already know. Wait a minute! if we have launched

sólo una partícula a la vez ¿cómo puede interferir con la partícula del futuro? ||||||||interfere||||| only one particle at a time how can it interfere with the particle of the future?

Y la cosa se pone todavía más rara. Si colocamos un detector en las rendijas para saber por |||||||||wir platzieren||Detektor|||||| |||||||||we place||detector|||||| And it gets even weirder. If we put a detector in the cracks to find out by

cuál de ellas ha pasado el fotón ¡el patrón de interferencia desaparece y la luz se comporta |||||||||||verschwindet||||| the interference pattern disappears and the light behaves like a photon!

como municiones! Es como si la mera observación cambiara el resultado del experimento. A este ||||||mere|||||||| It is as if the mere observation changes the outcome of the experiment. To this

fenómeno se le llama “dualidad onda-partícula” de la luz. La verdad es que tanto “onda” ||||двойственность||частица||||||||| ||||Dualität||||||||||| ||||duality||particle|||||||||

como “partícula” son ideas de nuestro mundo cotidiano que intentamos usar para explicar

el mundo cuántico, cuya naturaleza muchas veces va en contra de nuestra intuición. ||quantum|||||||||| the quantum world, the nature of which often goes against our intuition.

Sucede que la realidad cuántica no es determinística, como en la física clásica, sino probabilística. ||||||||||||||probabilistisch |||||||deterministic|||||||probabilistic Die Quantenrealität ist nicht deterministisch, wie in der klassischen Physik, sondern probabilistisch. It so happens that quantum reality is not deterministic, as in classical physics, but probabilistic.

Otra consecuencia extraña de la mecánica cuántica es el principio de indeterminación |||||||||||Unschärfeprinzip |||||||||||indeterminacy Another strange consequence of quantum mechanics is the indeterminacy principle.

o de incertidumbre de Heisenberg: está matemáticamente demostrado que no se pueden saber dos magnitudes ||||Heisenbergsche Unschärfe||||||||||Größen ||||Heisenberg||mathematically|||||||| or Heisenberg uncertainty: it has been mathematically proven that no two quantities can be known.

de una partícula al mismo tiempo. Si conoces su posición, es imposible saber la cantidad If you know its position, it is impossible to know the amount of a particle at the same time.

de movimiento, y viceversa. La indeterminación cuántica también se |||и наоборот||||| |||||indeterminacy|||

aplica en el llamado “efecto Hamlet”: los materiales radioactivos tienden a decaer ||||||||radioaktiv|||zerfallen |||||Hamlet|||radioactive|||to decay applies in the so-called "Hamlet effect": radioactive materials tend to decay

hasta dejar de serlo. si no se observa, un átomo radioactivo se encuentra en dos estados ||||||||||radioaktiv||||| ||||||||||radioactive||||| If unobserved, a radioactive atom is found in two states

simultáneamente: ser y no ser radioactivo. De ahí el experimento mental ideado por Schrödinger: |||||||||||ausgedacht||Schrödinger |||||||||||conceived||Schrödinger Hence the thought experiment devised by Schrödinger:

si la vida de un gato depende de un átomo en superposición de estados ¿el gato está |||||||||||Superposition||||| |||||||||||superposition||||| if the life of a cat depends on an atom in a superposition of states, is the cat

vivo y muerto al mismo tiempo? Pareciera que así es, hasta que alguien lo observa. It would seem to be so, until someone observes it.

Estos extraños resultados han tenido múltiples interpretaciones, entre ellas una que dice ||||||interpretations||||| These strange results have had multiple interpretations, including one that states.

que existen universos paralelos… una pregunta que resolveremos en otro video ¡CuriosaMente! |||||||lösen|||| |||||||we will resolve||||

Si quieres saber más de física cuántica, te recomendamos estos videos de los canales

Date un Voltio y Quantum Fracture. ¡Y suscríbete a nuestro canal! Date||Volt||Quantum|Fracture|||||