Significado de Mecánica cuántica
Sustantivo femenino compuesto. De «mecánica», del latín mechanica, y «cuántica», del latín quantum, «cuánto».
La mecánica cuántica es la rama de la física que describe el comportamiento de la materia y la energía a escala atómica y subatómica, donde magnitudes como la energía solo toman valores discretos.
Sus predicciones se expresan en términos de probabilidades, no de certezas absolutas, y sus efectos más visibles se dan a escalas muy pequeñas, no en los objetos del tamaño cotidiano.
Qué es la mecánica cuántica
La mecánica cuántica surgió porque las leyes de la física clásica, válidas para describir el movimiento de objetos cotidianos, dejan de predecir correctamente lo que ocurre a escala atómica y subatómica. A ese nivel, magnitudes que en el mundo cotidiano parecen continuas, como la energía de un electrón en un átomo, solo pueden tomar ciertos valores concretos, llamados cuantos, y no cualquier valor intermedio.
Una de sus ideas centrales es el principio de incertidumbre, formulado por Werner Heisenberg: no es posible conocer con precisión arbitraria, al mismo tiempo, la posición y el momento de una partícula. No se trata de una limitación de los instrumentos de medida, sino de una propiedad de los propios sistemas cuánticos, distinta de cualquier cosa que ocurra a escala humana.
Otra idea central es la dualidad onda-partícula: partículas como el electrón o el fotón se comportan, según el experimento, de forma compatible con lo que se espera de una partícula o con lo que se espera de una onda. Ninguna de las dos descripciones por separado explica todos los resultados experimentales; ambas son necesarias.
La estudian la física y, en su vertiente aplicada a los átomos y los enlaces, la química cuántica; sus resultados son la base de tecnologías como el láser, los semiconductores o la resonancia magnética.
Origen de la palabra mecánica cuántica
«Mecánica» procede del latín mechanica, y este del griego mēkhanikḗ, relacionado con «máquina» o «artificio». «Cuántica» viene del latín quantum, «cuánto» o «cuánta cantidad», adoptado por la física para nombrar la cantidad mínima e indivisible en que se presenta una magnitud, el cuanto.
El físico alemán Max Planck introdujo la idea de que la energía se emite en cuantos discretos en 1900, al estudiar la radiación de los cuerpos calientes. La teoría se desarrolló como una mecánica completa en la década de 1920, con las aportaciones de Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born y Paul Dirac, entre otros físicos de esa generación.
Principios de la mecánica cuántica
| Principio | En qué consiste |
|---|---|
| Cuantización | Magnitudes como la energía solo toman valores discretos, no cualquier valor intermedio. |
| Superposición | Antes de medirse, un sistema cuántico se describe con una combinación de estados posibles, cada uno con una probabilidad asociada. |
| Incertidumbre | Ciertos pares de magnitudes, como posición y momento, no pueden conocerse con precisión total y simultánea. |
| Dualidad onda-partícula | Una misma partícula muestra, según el experimento, comportamientos propios de una onda o de una partícula. |
| Entrelazamiento | Dos partículas pueden quedar correlacionadas de forma que el resultado de medir una está ligado al de la otra. |
Ejemplos de uso de mecánica cuántica
La mecánica cuántica explica por qué los electrones de un átomo solo ocupan ciertos niveles de energía y no cualquier valor intermedio.
Los ingenieros aplican resultados de la mecánica cuántica para diseñar los transistores que forman los microchips actuales.
El láser funciona gracias a un proceso que predice la mecánica cuántica: la emisión estimulada de fotones.
En el examen de física, el ejercicio pedía calcular los niveles de energía permitidos según la mecánica cuántica.
Aquel anuncio prometía «sanación cuántica» sin relación real con la mecánica cuántica que estudia la física. (uso impropio del adjetivo «cuántico», ajeno al sentido científico del término)
Sinónimos y palabras relacionadas
Sinónimos: física cuántica, usado a menudo como equivalente, aunque nombra más bien el campo de estudio que la propia teoría matemática.
Antónimos: no tiene antónimo propio; por contraste conceptual se usa «física clásica», la física válida a escala cotidiana.
No es lo mismo que:
- Teoría de la relatividad: describe el espacio, el tiempo y la gravedad a escalas grandes o a velocidades cercanas a la de la luz; la mecánica cuántica describe la escala atómica y subatómica. Unir ambas teorías sigue siendo un problema abierto de la física.
- Física clásica: describe con precisión el movimiento de los objetos cotidianos; no predice correctamente los fenómenos a escala atómica, donde entra en juego la mecánica cuántica.
- «Cuántico» como palabra de marketing: en productos de bienestar o pseudociencia, «cuántico» se usa a menudo como adjetivo vago para sugerir modernidad, sin relación con los principios reales de esta rama de la física.
Preguntas frecuentes sobre mecánica cuántica
¿Es cierto que un gato puede estar vivo y muerto a la vez, según la mecánica cuántica?
No de forma literal. El experimento mental del gato de Schrödinger se ideó precisamente para mostrar lo absurdo que resulta aplicar sin más la superposición cuántica a un objeto macroscópico como un gato. La superposición describe las probabilidades de los resultados posibles de una medida sobre un sistema cuántico; al interactuar con su entorno, un objeto tan grande como un gato pierde esa superposición casi de inmediato, un proceso que la física llama decoherencia.
¿Es lo mismo la mecánica cuántica que la teoría de la relatividad?
No. Son dos teorías distintas de la física moderna: la mecánica cuántica describe la materia y la energía a escala atómica y subatómica, mientras que la relatividad describe el espacio, el tiempo y la gravedad, sobre todo a velocidades muy altas o en presencia de masas muy grandes.
¿Para qué sirve la mecánica cuántica en la práctica?
Es la base teórica de tecnologías como el transistor y el microchip, el láser, la resonancia magnética usada en medicina y los primeros ordenadores cuánticos, además de ser esencial para entender la química y las propiedades de los materiales.