"... I think I can safely say that nobody understands Quantum Mechanics"
(del libro Qué es la Mecánica Cuántica, V.I. Ridnik)
Energía atómica. Isótopos radiactivos. Semiconductores. Partículas elementales. Generadores cuánticos. Estas palabras son hoy de todos conocidas. Su existencia se debe a la física del siglo XX.
En nuestro tiempo los conocimientos humanos se desarrollan con una rapidez fantástica. Y cada adelanto descubre a los hombres nuevos mundos.
Las antiguas ciencias han llegado a una segunda juventud. Literalmente ante nuestros ojos se lanzo rauda hacia adelante la física y ocupo la primera línea de ataque a lo desconocido. Y prosigue esta ofensiva en un frente cada vez mas amplio, cada vez con mayor empuje, cuyo avance solo se retarda con objeto de reagrupar fuerzas para un nuevo y decisivo salto adelante.
Para descubrir los secretos de la naturaleza la física necesitaba un arma poderosa. Y la física forjo esta arma. Su arsenal cuenta ya con la poderosa artillería de los experimentos exactos y convincentes. Su estado mayor, con centenares y millares de teóricos que trazan el camino por el cual se lleva a cabo la ofensiva, estudiando minuciosamente los trofeos logrados en los experimentos. La física no desarrolla a ciegas esta ofensiva. Alumbra el campo de batalla contra lo desconocido con los reflectores de las poderosas teorías físicas. Los mas potentes reflectores de la física moderna son: la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica.
La mecánica cuántica es coetanea de nuestro impetuoso siglo. Coetanea en el sentido estricto de la palabra, porque la historia de las ciencias cuenta la edad de la teoría cuántica a partir del 17 de Diciembre de 1900. Este día el cientifico aleman Max Planck dio a conocer en la sesion de la Sociedad Física de la Academia de Ciencias de Berlin su intento de vencer una de las dificultades de la teoría de la radiación termica.
En la ciencia surgen dificultades a cada paso. Y cada día tratan de superarlas los cientificos. Pero el intento de Planck tuvo una importancia trascendental: predetermino el desarrollo de la física en un futuro de muchos anos.
De la semilla de la nueva concepción de las radiaciones expuesta por Planck crecio el arbol gigantesco de los nuevos conocimientos de hoy. De esta misma semilla nacieron tambien admirables descubrimientos, que ni la fuerza imaginativa de los novelistas de ciencia ficción mas perspicaces pudo prever. De la hipótesis de Planck surgió la mecánica cuántica que expuso a la observación de los hombres un mundo absolutamente nuevo. Un mundo que hasta entonces columbraban vagamente y que con mas vaguedad aun se figuraban: el mundo de las cosas superpequenas, de los átomos, de los nucleos atómicos y de las particulas elementales.
Del breviario del sr. Tompkins
(del libro El Breviario del Sr. Tompkins de G. Gamow)
El sr. Tompkins volvía a su casa un dia, muy cansado despúes de la larga jornada de trabajo en el banco, que estaba realizando un catastro. Al pasar por una taberna, decidió detenerse a tomar un vaso de cerveza. Al vaso siguieron otros, hasta que el sr. Tompkins empezó a sentirse mareado. Había al fondo una sala de billar, llena de hombres de mangas de camisa que jugaban en la mesa central. Recordó vagamente haber estado antes en el lugar, al que uno de sus compañeros de oficina lo había llevado para ensenarle a jugar. Se acercó a la mesa y empezó a mirar la partida. Pero sucedía algo muy extraño! Un jugador puso una bola en la mesa y le dió con el taco. Al mirarla rodar, el sr. Tompkins advirtió con gran sorpresa que la bola empezaba a "desplazarse". No podía describir con otra palabra el extrano comportamiento de la bola, la cual, mientras recorría el tapete verde, se veía cada vez mas desleida, y perdía sus límites claros. Parecía que no era una sola bola la que rodaba por la mesa, sino muchas, que se penetraban parcialmente entre si. El sr. Tompkins había obsevado fenómenos análogos en otras ocasiones, pero ahora solo había tomado algo de cerveza y no veía la razón de que se le presentasen tan pronto. -Bueno -pensó-, vamos a ver como choca esa bola pastosa con otra.
El jugador que golpeó la bola era evidentemente un experto, pues esta choco de frente con otra, con la mayor precisión. Sono un golpe seco y tanto la bola incidente como la golpeada (el sr. Tompkins no podía decidir con certeza cual era cual) se disperzaron "en todas direcciones". Era exraordinario en efecto: no se trataba ya de dos bolas, de aspecto mas o menos difuminado, sino que se diría que una multitud de ellas -todas muy vagas y confusas- se desplegaban en un ángulo de 180 grados en torno a la dirección del impacto original. Parecía una onda peculiar que partiese del punto de la colisión.
El sr. Tompkins notó, sin embargo, que por donde corrian mas bolas era en la dirección del impacto.
-Dispersión de la onda S-dijo una voz familiar detrás de el, y el sr. Tompkins reconoció al profesor.
-Asi es- respondió el profesor-. ... lo que esta usted observando es en realidad un fenómeno mecánico cuántico.
- Ah, las matrices!- insinuo el sr. Tompkins con sorna.
-O, mejor, la incertidumbre del movimiento- replicó el profesor-. El propietario de este billar ha reunido aqui varios objetos que padecen, valga la expresion, de "elefantiasis cuántica". Es claro que todos los cuerpos del universo estan sometidos a leyes cuánticas, pero la llamada constante cuántica, que gobierna semejantes fenómenos, es muy pequeña: tiene nada menos que 27 ceros despúes del punto decimal. Pero para estas bolas, sin embargo, la constante es muchísimo mayor, próxima a la unidad; asi puede usted contemplar fenómenos que la ciencia solo consiguió descubrir aplicando métodos de observación muy sensibles y rebuscados --al llegar a este punto el profesor se quedo unos instantes reflexionando.
-No es mi intención criticar- siguió diciendo-, pero quisiera saber de donde salieron estas bolas. Estrictamente hablando, no pueden existir en nuestro mundo, por que todos los cuerpos comprendidos en el poseen la misma constante cuántica muy pequeña.
-A lo mejor las trajeron de otro mundo- propuso el sr. Tompkins-. Pero el profesor no quedo conforme y siguió con aire suspicaz.
-Habrá notado usted- prosiguió- que las bolas "se despliegan". O sea que su posición sobre la mesa no es del todo definida. En realidad, es imposible senalar exactamente la posición de una bola: lo mas que puede decirse es que determinada bola esta "aqui en su mayor parte" y "el resto en otros lugares".
-Lo cual es extrañisimo- murmuró el sr. Tompkins.
- Por el contrario- insistió el profesor-, es de lo mas natural, puesto que lo mismo sucede en todo momento a cualquier cuerpo material. Lo que pasa es que , a causa del pequeño valor de la constante cuántica y la tosquedad de los métodos de observacion, la gente no advierte la incertidumbre, lo cual lleva al erronea conclusión de que la velocidad y la posición son magnitudes definidas. En realidad, ambas son indefinidas hasta cierto punto, y al definir una con precisión creciente, la otra se "dispersa" cada vez mas, haciendose mas incierta. Precisamente es la constante cuántica la que gobierna la relación entre estas dos incertidumbres. Mire usted: voy a poner límites a la posición de esta bola, encerrandola en un triángulo de madera.
En cuanto la bola quedo encerrada, la superficie interior del triángulo se lleno enteramente con el lustre del marfil.
-Vea! - dijo el profesor-. Definí la posición de la bola limitándola a las dimensiones del triángulo, solo unos cuantos centimetros. Y esa conduce a una considerable incertidumbre en la velocidad. La bola se esta moviendo muy de prisa dentro del triángulo.
-Es posible detenerla? - pregunto el sr. Tompkins.
-No. Sería físicamente imposible. Cualquier cuerpo en un espacio limitado posee cierto movimiento: el "movimiento del punto cero", como decimos los físicos. Es el caso, por ejemplo, del movimiento de los electrones en cualquier átomo.
El sr. Tompkins contemplaba agitarse la bola en su encierro, como un tigre enjaulado, cuando sucedió algo inesperado: la bola se "escapo" a traves de la pared del triángulo, y un instante despúes corría hacia la esquina opuesta de la mesa. Lo raro del caso es que no saltó sobre la pared de madera, sino que la atravesó, sin levantarse de la mesa.
-Ahi tiene- dijo el sr.Tompkins-. Su "movimiento del punto cero" se ha escapado. Tambien eso esta enlas reglas?
-No faltaría mas. Se trata, es verdad, de una de las consecuencias mas interesantes de la teoría cuántica. Es imposible mantener un objeto encerrado mientras tenga energía suficiente para correr despúes de atravesar la pared. Siempre acabara por "escaparse".
-Entonces no volvere jamas al zoologico- dijo el sr. Tompkins con decision, mientras su vivida imaginación le presentaba un cuadro aterrador de tigres y leones "cruzando" las paredes de sus jaulas. Y en seguida sus pensamientos tomaron otro rumbo: se imagino un coche, perfectamente resguardado en un garaje, saliendo por la pared, como un viejo fantasma medieval.
-Cuanto tiempo tendría que esperar para que un coche de acero ordinario ( no de la materia de estas bolas ) "atravesara", digamos, la pared de un garaje de ladrillo? -pregunto al profesor-. Me encantaría verlo!
El profeosr hizo algunos rapidos calculos mentales y respondió al fin:
-Aproximadamente harían falta digamos unos 1 000 000 000 000 000 de años.
El sr. Tompkins estaba acostumbrado a las grandes cifras de las cuentas bancarias, pero perdió el numero de ceros mencionados por el profesor. En cualquier caso, bastaban para no tener que preocuparse por la huida del coche.
-Supongamos que me creo todo lo que usted dice. No puedo concebir, sin embargo, como podrían observarse estas cosas sin las bolas que tenemos aqui.
-Objeción muy razonable- admitió el profesor-. No he tenido la intencion de decir que los fenómenos cuánticos pudieran observarse en los grandes objetos que manejamos en la vida ordinaria. Lo que pasa es que los efectos de las leyes cuánticas son mucho mas apreciables en las masas diminutas, como los átomos y electrones. En estas particulas los efectos cuánticos son tan importantes, que la mecánica corriente resulta del todo inaplicable. La colisión entre dos atomos se parece muchisimo al choque de las bolas que vimos hace un momento, y el movimieto de los electrones de un atomo corresponde de cerca al "movimiento del punto cero" que mostraba la bola de billar cuando la encerre en el triángulo de madera.
-Y los átomos escapan del garaje muy amenudo?
-Si, por cierto. Indudablemente usted habra oido hablar de los cuerpos radiactivos, cuyos atomos se desintegran espontaneamente, emitiendo partículas velocisimas. Un átomo asi, o mejor dicho, su parte central, el núcleo, es análogo a un garaje lleno de coches, o sea partículas. Y esas partículas escapan atravesando las paredes del nucleo; a veces no estan dentro ni un segundo. En semejantes núcleos los fenómenos cuánticos estan verdaderamente a la orden del dia!
El sr. Tompkins, cansado de esta larga exposicion, miraba distraidamente a su alrededor. Un gran reloj colocado en un rincón atrajo su atencion. El largo y anticuado pendulo oscilaba sosegadamete de izquierda a derecha.
-Veo que le interesa el reloj -intervino el profesor-. Es otro mecanismo no del todo corriente, pero hoy en día esta pasado de moda. Este reloj da una idea de como se describian al principio los fenómenos cuánticos. El pendulo esta dispuesto de tal forma que su amplitud solo puede recibir incrementos finitos. Pero actualmente todos los relojeros prefieren los pendulos patentados, de despliegue.
-Como me gustaría entender estas cosas tan complicadas -suspiro el sr. Tompkins.
-Muy bien -repuso el profesor-yo entre en esta taberna por que lo vi a usted por la ventana cuando me dirigía a dictar mi conferencia sobre la teoría cuántica. Ya no puedo quedarme mas tiempo si es que no quiero llegar tarde a mi conferencia. No viene usted?
-Claro que si! -exclamo el sr. Tompkins.
El gran auditorio estaba, como siempre, atestado de estudiantes, y el sr. Tompkins pudo tenerse por afortunado cuando halló donde sentarse en un escalón.
RHS Linux User
Wed Jul 30 16:46:46 CDT 1997
