CUANTOS

¿Qué es la Física Cuántica? -Me preguntó mi abuelita- (I)

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La física cuántica, también llamada mecánica cuántica, es un aspecto de la física del que se habla muy poco formalmente, a pesar de que el término sea utilizado frecuentemente como argumento de muchas pseudociencias (Misticismo cuántico, espiritismo cuántico, Medicina cuántica, etc...). Parece que el término "cuántico" imprime prestigio a aquéllo a lo que se refiere. Pues bien, hoy trataremos de explicar someramente qué es la Física Cuántica, para que mi abuelita pueda saber de qué se trata, y no vuelvan a engañarla con palabrería incomprensible cuando quiera comprar una crema hidratante.

¿DE DÓNDE PROCEDE EL TÉRMINO "CUÁNTICO" ?

Un "CUANTO" es una unidad entera mínima e indivisible. Es una palabra que comparte origen etimológico con CANTIDAD, CUANTITATIVO, CUANTIZAR, etc... Por ejemplo, el "cuanto" que serviría para expresar la cantidad de arena de una playa, sería "un grano de arena": la arena se puede cuantificar en toneladas, e incluso en metros cúbicos, pero la unidad mínima que podemos percibir es la de un grano de arena. CUANTIZAR la cantidad de arena de una playa, sería indicar el número de granos de arena que contiene (indicar el número de CUANTOS). De esta manera, un "CUANTO" de arena, sería "UN GRANO DE ARENA", es decir, la cantidad unitaria más pequeña que podríamos encontrar. Así mismo, un "CUANTO" de agua, podría ser una sóla molécula de H2O , y CUANTIZAR un cierto volumen de agua, sería indicar el número de moléculas que contiene. Por tanto: "CUANTO" significa "CANTIDAD MÍNIMA POSIBLE" de algo.

¿POR QUÉ SE LLAMA "FÍSICA CUÁNTICA"?

Ya sabemos que "CUANTO" significa CANTIDAD MÍNIMA. Pues bien, al hablar de "Física cuántica", nos estamos refiriendo en realidad a las leyes físicas que rigen las unidades más pequeñas que describen la materia, la energía, el tiempo y el espacio:

La cantidad unitaria más pequeña de materia que conocemos, se llama QUARK, y por eso, el Quark sería "UN CUANTO" de materia. Por otra parte, la cantidad unitaria más pequeña de Energía que se conoce hasta la fecha, es el FOTÓN, por lo que éste sería el "CUANTO" de energía.

De esta forma, la FÍSICA CUÁNTICA es la ciencia que estudia los fenómenos más pequeños que pueden ser medidos, observados o calculados en la Naturaleza, esto es, todo aquello que se refiera al mundo de las partículas atómicas, subatómicas y sus fenómenos energéticos asociados.

ALGUNOS EJEMPLOS QUE REVELAN LA NATURALEZA CUÁNTICA DEL UNIVERSO

1- LA VIDA TAMBIÉN ESTÁ CUANTIZADA

Efectivamente, podríamos decir que el reino de los seres vivos también está cuantizado, es decir, que existe una Unidad Básica indivisible y concreta por debajo de la cuál, la vida ya deja de existir. Sólo a modo de ejemplo, pues ésto no es en sentido estricto, es lógico afirmar que el "CUANTO" de vida es la CÉLULA. Si intentásemos dividir una célula en varias partes para obtener una UNIDAD DE VIDA más pequeña aún, la vida desaparecería, pues estaríamos ante un montón de moléculas y proteinas casi inertes que ya no podrían ser consideradas "vida".

¿Cuántas "unidades de vida" tiene un ser humano? - Muchos millones, tantas como células posea

¿Cuántas "unidades de vida posee una bacteria? - Una sóla unidad de vida, puesto que las bacterias son organismos unicelulares.

¿Existe algún ser vivo que tenga media célula o un cuarto de célula? - No. El "Cuanto" de la vida es la célula... una célula entera y completa

(* Nota: Ésto sólo es un ejemplo. No debe tomarse de forma literal)

2- LOS COLORES IMPRESOS 

Cuando observamos de cerca las imágenes impresas de una revista, nos da la sensación de que los colores son homogéneos y macizos, además de que percibimos miles de colores diferentes. Pero si los miramos con una lupa, observaremos que esos colores no son tan homogéneos, sino que están formados por unos puntos redondos muy concretos. Además, esos puntos son sólo de cuatro colores: azul, rojo, amarillo y negro (CMYK). Ese "universo" que aparenta tener miles de colores homogéneos, se convierte de repente en un limitado número de diminutos circulitos de 4 colores. Podríamos decir, que una imagen impresa, está en realidad formada de "CUANTOS" de color. Entre uno de esos CUANTOS y el siguiente, en realidad no existe color alguno, pero al mirar desde lejos, la mezcla de esos miles de CUANTOS, forma una imagen de color ininterrumpida.

3- EL ARCO IRIS Y EL ESPECTRO DE LA LUZ VISIBLE

Cuando miramos un arco iris, nos da la sensación de que cada uno de los colores que aparecen, se convierten progresivamente en otro diferente a medida que desplazamos nuestra vista hacia uno de los extremos: Del rojo pasamos al anaranjado y de éste al amarillo, sin que nos dé la sensación de que hubiera "líneas" claras de separación entre dos colores consecutivos: parece que todos los colores se mezclan de forma ininterrumpida. Pues bien, allá por el Siglo XVII, Isaac Newton analizó los colores del arco iris, postulando la teoría de que la luz estaba formada por "corpúsculos de luz" independientes. En 1814, Fraunhofer tuvo la idea de mirar con un microscopio las bandas de colores del espectro (el arco iris) y descubrió que los colores no se mezclan entre sí de forma progresiva y contínua, sino que entre ellos había cientos de líneas oscuras dispuestas a modo de "fronteras" entre cada color.

Este descubrimiento daba a entender que la luz no era un fenómeno contínuo, sino que estaba formado por paquetes más pequeños de luz, con claras fonteras entre unos colores y otros, como si estuviera formada por "Cuántos" o Unidades concretas

4- LA ÓRBITA DE LOS ELECTRONES

Todos tenemos en mente el modelo atómico tradicional, donde una serie de electrones giran alrededor de un núcleo atómico. Este modelo es similar al de un sistema planetario, donde los planetas giran alrededor de un Sol. Tomando este ejemplo como bueno (en la actualidad, este tipo de modelo ya ha quedado obsoleto), podemos imaginar que cualquier planeta puede girar alrededor de su estrella en una órbita cualquiera, es decir, nada impide a un objeto espacial girar a 100 millones de kilómetros o a 99 millones, o a 99,9999 millones, siempre que su velocidad sea la adecuada: las posiciones orbitales que un planeta puede adoptar con respecto a su Sol son infinitas. Pues bien, en el mundo subatómico, ésto no es así. Un electrón no puede orbitar sobre el núcleo a la "distancia" que le dé la gana. Existen órbitas bien concretas y determinadas, pero no hay posiciones intermedias entre dos órbitas consecutivas: O el electrón se encuentra en la órbita "1" o en la órbita "2", pero nunca podrá encontrarse en una órbita intermedia "1,5".

Así, las posibles órbitas que puede ocupar un electrón, se encuentran "Cuantizadas", es decir, determinadas por unidades concretas, fuera de las cuáles no pueden existir

El resultado es similar, usando un ejemplo, a que el espacio que existe alrededor de un núcleo atómico, no fuera contínuo, sino que hubiera una serie muy concreta y definida de caminos posible, fuera de los cuáles resultase imposible viajar. Casi como si las órbitas fuesen vías de ferrocarril, por donde los electrones pudieran moverse. Así, diríamos que las órbitas de un electrón están cuantizadas, porque es imposible estar en puntos intermedios