Física que causa perplejidad

• Existe un mundo donde la realidad es verdaderamente misteriosa
• Es el mundo cuántico, el de los átomos y las partículas.
• nos aproximamos junto a Jim Al-Khalili a los fenómenos de la mecánica cuántica
• y veremos cómo este conocimiento ha favorecido la última revolución tecnológica
• Elsa Punset nos muestra cómo los avances permiten el salto a la democratización
• Redes se ha emitido el domingo, 3 de marzo, en La 2 de TVE

Redes - Física que causa perplejidad

Redes

Eduard Punset y su equipo han logrado demostrar que ciencia y entretenimiento se pueden unir para que en este tercer milenio la ciencia, por fin, irrumpa en la cultura popular.

• El programa Redes se emite en La 2, todos los domingos, a las 21:30 horas
• En el Canal 24 horas, los jueves, a las 15:00h
• En TVE Internacional, según el siguiente horario:
• En Europa y África: los domingos, a las 23.30 horas
• En América: los miércoles, a las 6.30 horas, y los domingos, a las 4.15 horas

Todavía en el siglo XXI, se da crédito a supuestos misterios propios de cuando el conocimiento estaba sujeto a los dogmas.

“existe un mundo donde la realidad es verdaderamente misteriosa. Es el mundo cuántico, el de los átomos y las partículas. “

La ciencia ha descartado estos fenómenos al no existir evidencias que los avalan, pero existe un mundo donde la realidad es verdaderamente misteriosa.

Es el mundo cuántico, el de los átomos y las partículas.

En este programa de Redes, nos aproximaremos junto a Jim Al-Khalili a los fenómenos de la mecánica cuántica y veremos cómo este conocimiento ha favorecido la revolución tecnológica de las últimas décadas.

Y en su sección, Elsa Punset nos mostrará cómo estos avances han permitido el salto de la era de la industrialización a la de la democratización.

Redes - La mirada de Elsa - Física que causa perplejidad

Si algo hemos aprendido de la mecánica cuánticaes que la búsqueda de explicaciones racionales es un ejercicio inútil.

Jim Al-Khalili

Eduardo Punset:

Hoy tenemos la oportunidad, la gran suerte de contar contigo. Eres Jim al-Khalili, profesor de

física nuclear en la universidad… y también ocupas, si no me equivoco, la Cátedra de participación pública en la ciencia de la Universidad de Surrey.

¿Sabes? En mi caso, igual que le pasa a mucha gente, cuando pienso en la teoría cuántica, uno de los experimentos que siempre me llama la atención es el célebre experimento del gato de Schrödinger.

Redes - Física que causa perplejidad - avance

Jim al-Khalili:

Sí, se trata de un experimento muy famoso. Por supuesto, ¡hay que recalcar que nunca se ha llevado a cabo en realidad! Más bien es lo que denominamos un experimento imaginario.

El físico austríaco Erwin Schrödinger, uno de los fundadores de la mecánica cuántica, lo diseñó para explicar y demostrar hasta qué punto resultan extrañas las ideas de la mecánica cuántica.

Lo concibió así: se trataba de poner un gato dentro de una caja que contuviera un material radioactivo, con una probabilidad (tal vez del 50%) de que se emitiera una partícula, una partícula alfa, tal vez, una pequeñísima partícula subatómica que, si llegara a desintegrarse…

Eduardo Punset:

Mataría al gato.

Jim al-Khalili:

…liberaría un veneno que mataría al gato. El sentido común nos dice que, si la caja está cerrada y hay una posibilidad entre dos (un 50%) de que el gato esté muerto, entonces quizá haya muerto o quizá siga vivo, no lo sabemos; tendremos que abrir la caja para descubrirlo. Pero la mecánica cuántica sostiene que no, ¡que esto no es lo que ocurre!

A escala atómica, a escala subatómica, microscópica, no podemos decir que el átomo quizá haya emitido una partícula alfa y quizá no.

Tenemos que decir que ha emitido y no emitido la partícula alfa al mismo tiempo. El destino del gato está ahora conectado con la partícula, y está muerto y vivo a la vez; no es que sea una cosa u otra y no lo sepamos, sino que se aplican ambas cosas a la vez. ¡Es una locura!

De hecho, en la actualidad no creemos que el gato realmente esté muerto y vivo a la vez, porque dicho comportamiento cuántico tan raro desaparece si observas algo muy grande como un gato, que tiene miles de millones, billones de átomos.

En cambio, a escala más pequeña, un solo átomo sí que puede hacer dos cosas a la vez: un átomo puede estar aquí y allí simultáneamente.

Eduardo Punset:

En efecto…

Jim al-Khalili:

Y un átomo puede ir en dos direcciones a la vez. Un electrón (una de las partículas que conforman el átomo) puede girar, cuando no lo observamos, tanto en el sentido de las agujas del reloj como en la dirección opuesta.

A la vez. Lo cual es… loco. No es posible imaginarlo pero, a escala atómica, esto es lo que la mecánica cuántica nos dice.

Eduardo Punset:

Hay otra manera de explicarlo, que es mediante un experimento que denominas «el experimento de la doble ranura».

En él tenemos una especie de habitación, ¿no? donde se proyecta un haz de luz sobre una pared por dos ranuras distintas.

Al realizar el experimento se constató que la luz, en lugar de pasar por una de las dos ranuras (la superior y la inferior) seguía un proceso más confuso, se comportaba como una onda…

Jim al-Khalili:

Lo cual no es extraño, por supuesto: hace 200 años que lo sabemos; un físico inglés llamado Young (Thomas Young) fue el primero en descubrir que la luz tiene una propiedad llamada interferencia.

¡Sabemos que la luz se comporta como una onda! Es decir, el haz de luz se proyecta sobre las dos ranuras y sale por el otro lado, pero la luz se dispersa y da lugar a un patrón de interferencia.

¡Lo curioso es que los átomos también hacen lo mismo! Un átomo también llegaría a las ranuras… lo esperable sería que pasara por una ranura u otra pero, en cambio, ¡pasa por las dos a la vez! ¡Hete aquí la rareza de la mecánica cuántica!

Eduardo Punset:

Bueno, también es una locura lo que llamáis el principio de entrelazamiento, ¿no? Dos átomos, o dos partículas, que están en hemisferios distintos, muy lejos entre sí y, sin embargo, se comportan como si fueran una unidad.

Jim al-Khalili:

Sí. Es un fenómeno distinto y muy extraño de la mecánica cuántica: en el caso de estos átomos o partículas cuánticas, incluso si están separados o muy lejos, al actuar sobre uno, el otro lo sabe inmediatamente.

Eduardo Punset:

Para siempre.

Jim al-Khalili:

Para siempre. Bueno, la conexión cuántica entre ambos es muy delicada, muy sensible y se puede destruir fácilmente, pero si se logra mantener, entonces es como si fuera magia: basta con actuar sobre una de las partículas para que inmediatamente la otra sepa que se ha observado o actuado sobre la partícula inicial.

Eduardo Punset:

¿Y Jim, cuáles son las diferencias entre el proceso de entrelazamiento y la «deslocalización», lo que en inglés se conoce como «nonlocality»?

Jim al-Khalili:

¡Claro! Es un concepto muy importante y muy extraño. El caso es que hay otra teoría (la teoría de la relatividad de Albert Einstein) que afirma que nada se puede comunicar de un lado a otro a una velocidad superior a la de la luz.

La velocidad de la luz es la velocidad máxima del universo. Si sucede algo aquí, la señal deberá viajar con un breve retraso, y su velocidad máxima será la de la luz: 300 millones de metros por segundo.

Sin embargo, en el mundo cuántico, cuando las partículas están entrelazadas, es como si lo que sucede aquí afectara inmediatamente a lo de allá, como si se estuviera incumpliendo la teoría de la relatividad.

Los físicos son muy cautos y se comportan como políticos, seleccionan con cuidado las palabras y dicen: «en realidad no se está mandando una señal de A a B, todo es matemático, todo son matemáticas abstractas.

Jamás podríamos utilizar la información de aquí inmediatamente allí, porque siempre habría cierta demora en el uso…»

Eduardo Punset:

Pero no la hay.

Jim al-Khalili:

Bueno, la mecánica cuántica parece que realmente no es local, en el sentido de que una cosa situada aquí afecta inmediatamente a otra cosa situada en otro lugar. Y no lo entendemos… ¡debo admitir que no comprendemos cómo sucede!

Eduardo Punset:

Supongo que jamás se puede saber la posición exacta de un átomo y su velocidad.

Jim al-Khalili:

Es el famoso principio de incertidumbre, sí. Significa que nunca… si queremos saber dónde está un átomo exactamente…

Eduardo Punset:

Sí.

Jim al-Khalili:

¡Podemos hacerlo! Podemos diseñar experimentos para descubrir su posición con tanta precisión como nos permitan los experimentos, pero cuanta más precisión obtengamos a la hora de saber su posición, menos sabremos sobre su velocidad de movimiento o sobre en qué dirección va, ni su cantidad de movimiento.

Si queremos saber esto último con precisión, si queremos saber lo rápido que se mueve, ¡entonces no podremos decir dónde está! Hay por tanto un equilibrio: el principio de incertidumbre significa que siempre habrá cierta incertidumbre en nuestro conocimiento de los estados del átomo.

Eduardo Punset:

¿Cuáles son las perspectivas y los avances que surgirán? O sea, hoy en día tenemos teléfonos móviles, tenemos ordenadores, tenemos absolutamente de todo… ¿Qué pasará con nosotros? ¿Qué nos depara el futuro gracias a eso?

Jim al-Khalili:

Creo que, gracias a la mecánica cuántica, hemos avanzado… hace casi un siglo que contamos con la teoría de la mecánica cuántica, y nos ha ayudado a explicar la estructura del mundo microscópico: cómo funcionan los átomos y las moléculas, qué disposición tienen los electrones en el átomo… incluso nos permite analizar los componentes básicos del universo.

Y resulta que ahora, en el siglo XXI, empezamos a ser capaces de utilizar algunos de los fenómenos más raros de la mecánica cuántica, como el entrelazamiento, por ejemplo. Los científicos intentan desarrollar lo que conocemos como un «ordenador cuántico».

Eduardo Punset:

Sí, es verdad.

Jim al-Khalili:

Un ordenador cuántico difiere de un ordenador normal en que el ordenador tradicional opera de un modo lineal, aplicando un algoritmo paso a paso. «Si esto, entonces eso; si eso, entonces aquello». ¡Y lo hace con mucha rapidez! Pero sigue habiendo limitaciones.

Eduardo Punset:

¡Eso es!

Jim al-Khalili:

En cambio, el ordenador cuántico puede realizar todos los cálculos posibles a la vez. Si un ordenador cuántico estuviera jugando a ajedrez… ¿sabes ese ordenador famoso (Deep Blue, me parece que se llamaba)?

Eduardo Punset:

Deep blue, creo, sí.

Jim al-Khalili:

El ordenador que le ganó una partida de ajedrez a Kaspárov. Lo que hacía era plantearse: «si muevo esta pieza aquí, ¿cuáles serán las consecuencias? Mi rival puede hacer esto y aquello… ¿Y si algo lo otro, qué pasa?» E ir siguiendo un hilo lógico. Pero un ordenador cuántico podría explorar todas las hipótesis posibles...

Eduardo Punset:

A la vez.

Jim al-Khalili:

A la vez, lo cual lo haría mucho, mucho más potente. Es una de las posibles aplicaciones de estos fenómenos tan extraños de la mecánica cuántica. Y probablemente se materializará, espero verlo con mis propios ojos.

Eduardo Punset:

¿Y hay otras posibilidades?

Jim al-Khalili:

Sí que las hay. Gracias a fenómenos como el entrelazamiento, surge una posibilidad que se llama teleportación cuántica. Consiste en trasladar… ¿recuerdas en Star Trek, cuando se teletransportaban de la nave Enterprise a un planeta? Simplemente desaparecían de un sitio y reaparecían en otro.

En la mecánica cuántica ahora podemos hacerlo con una única partícula: un fotón de luz o una partícula elemental. Quién sabe lo que seremos capaces de hacer en el futuro; tal vez el teletransporte tipo Star Strek devenga una realidad. No será en el futuro próximo, queda mucho por recorrer. ¿Pero quién sabe?

Eduardo Punset:

Exacto, ¿no? ¿Lograremos explicársela a la gente?

Jim al-Khalili:

Uno de los fundadores de la mecánica cuántica, el físico danés Niels Bohr, dijo una vez: «quien no se quede perplejo con la mecánica cuántica es que no la ha entendido». ¡Es normal que te deje estupefacto! Y también es normal decir que es una locura, ¡porque lo es!