Las 5 cosas que debes conocer para entender lo que dice Oppenheimer del mundo cuántico

La película Oppenheimer ha puesto de manifiesto lo extraño e insólito que resulta el mundo cuántico, que hizo posible la aparición de las bombas atómicas en la historia humana. Cinco claves estructuran el diálogo científico del afamado físico en la película más taquillera del año.

En la película "Oppenheimer", el famoso físico hace varios comentarios sobre la física cuántica. En una escena, se reúne con otros científicos para discutir las implicaciones del nuevo campo de la física y afirma que la física cuántica es "una revolución en la forma en que pensamos sobre el mundo".

También dice que la física cuántica nos obliga a reconsiderar nuestra comprensión de la realidad, ya que nos muestra que el mundo es más extraño y misterioso de lo que pensábamos.

En otra escena, Oppenheimer discute la relación entre la física cuántica y la bomba atómica y afirma que la bomba atómica es una manifestación de los principios de la física cuántica.

Energía nuclear

Por último, Oppenheimer también hace varios comentarios sobre la naturaleza de la realidad: dice que la física cuántica nos muestra que la realidad no es tan objetiva como pensábamos. También que la física cuántica nos enseña que la realidad es probabilística, lo que significa que no podemos predecir con certeza lo que sucederá.

Todo este discurso tiene una base real tal que se refleja en los vectores de la mecánica cuántica.

Revolución conceptual

En primer lugar, tal como decía Oppenheimer en la película, la física cuántica supuso una profunda revolución conceptual.

Esto es así porque hasta principios del Siglo XX se pensaba que la materia estaba construida con ladrillos formados por átomos, que representaban para aquella época el último sustrato de lo real.

La física cuántica cambió nuestra visión del mundo porque descubrió que el interior del átomo ocultaba un universo muy complejo formado por partículas todavía más pequeñas que se regían por leyes ajenas a las de la física ordinaria.

Después de que dimos el paso de adentrarnos en el interior el átomo, descubrimos que la física cuántica tiene características insólitas que podemos resumir en tres principios: la dualidad onda-partícula, el entrelazamiento cuántico y el así llamado el principio de incertidumbre.

¿Onda o partícula?

La dualidad onda partícula establece que las unidades de energía que forman el mundo subatómico funcionan indistintamente como ondas y como partículas. Tal como explicó Broglie, toda partícula en movimiento lleva una onda asociada.

Si la dualidad cuántica la imaginamos a escala física ordinaria, es como si tomáramos una piedra y la estrelláramos contra un árbol. Entonces se comporta como partícula. Pero si la arrojamos al agua, se convierte en una onda que se propaga a través del lago.

Es decir, la piedra puede ser una partícula o una onda, dependiendo de cómo se la mire. Esto es similar a la dualidad onda-partícula, que establece que las partículas subatómicas pueden comportarse como ondas o como partículas, dependiendo de la forma en que se midan.

Amor para siempre

El entrelazamiento cuántico es otra característica del mundo subatómico a la que se refiere Oppenheimer en la película y que Einstein describió como una acción espeluznante a distancia.

Indica otra propiedad de las partículas elementales que le permiten, una vez que han estado entrelazadas, seguir tan unidas después de separarse, que cualquier alteración en una de ellas se refleja instantáneamente en la otra, aunque estén alejadas entre sí por grandes distancias.

Si trasladamos este efecto al mundo ordinario, podemos explicarlo con este ejemplo. Hay dos cajas que contienen un dado de seis caras. Dos personas se reparten una caja cada una, las agitan y las juntan un momento.

A continuación, las dos personas emprenden viajes en direcciones opuestas y se separan miles de kilómetros. Cuando llegan a sus respectivos destinos, ambas extraen el dado que contiene la caja y ambos dados muestran la misma cara. Pasa siempre lo mismo cada vez que repiten el experimento.

En este ejemplo, los dados representan partículas individuales (como átomos o partículas de luz llamadas fotones) y el acto mágico de juntar las cajas físicamente es lo que las enreda, de modo que medir un dado nos da información sobre el otro.

Mundo incierto

El tercer aspecto al que se refiere Oppenheimer en la película es el así llamado el principio de incertidumbre, otra característica del mundo cuántico que contradice el mundo predecible en el que estamos: nos permite anticipar el próximo eclipse de sol o la trayectoria de los planetas con una exactitud matemática precisa.

La física cuántica no es en absoluto predecible, ya que está regida por la incertidumbre: es imposible conocer con precisión al mismo tiempo tanto la ubicación y el momento lineal de una partícula, ya que la persona que realiza la medición siempre afecta a los valores obtenidos.

Si trasladamos este principio al mundo ordinario, podemos establecer la siguiente analogía: si queremos fotografiar un pájaro en vuelo y obtener una foto nítida, necesitamos un obturador rápido. Eso significa que la exposición de la foto será corta, y que solo se capturará una pequeña cantidad de luz. Cuanto más rápida sea la exposición, menos luz se capturará, lo que hará que la foto sea más oscura.

Esto es similar al principio de incertidumbre, que establece que cuanto más precisa sea la medición de la posición de una partícula, menos precisa será la medición de su velocidad. En este caso, la posición del pájaro es similar a la posición de la partícula subatómica, y la velocidad del pájaro es similar a la velocidad de giro de la partícula subatómica.

¿Y la bomba atómica?

¿Qué tuvo todo esto que ver con la bomba atómica que apadrinó Oppenheimer? En la película, cuando afirma que la bomba atómica es una derivada de la física cuántica, se refiere a que la bomba atómica funciona al aprovechar la energía nuclear, que es una forma de energía emanada de las interacciones entre partículas subatómicas.

El inicio de todo este proceso se suele situar en 1900, cuando el físico alemán Max Planck propuso la teoría cuántica de la radiación, según la cual la energía de la radiación se emite en paquetes discretos, llamados cuantos.

La teoría de Planck fue el primer paso en el desarrollo de la física cuántica. En los años siguientes, otros físicos, como Albert Einstein, Niels Bohr y Erwin Schrödinger, desarrollaron nuevos principios de la física cuántica para explicar otros fenómenos, como el efecto fotoeléctrico, el electrón y la estructura atómica.

Aplicación cuántica

Podemos decir incluso que el desarrollo de las bombas atómicas fue la primera gran aplicación práctica de los principios teóricos de la física cuántica, que se hizo posible con una alta dosis de ingeniería. También fue necesaria una sobredosis de química: hay que tener en cuenta que las primeras contribuciones a la mecánica cuántica de Oppenheimer formaron la base de la química cuántica moderna.

La mecánica cuántica, la química y la ingeniería se combinaron así en este enorme esfuerzo colectivo para conseguir un arma con gran poder explosivo, producto de la liberación repentina de energía al romperse o dividirse por fisión los núcleos de un elemento químico pesado, como el plutonio o el uranio. El resto de la historia es más conocido.