Entrando en el país de los cuantos

Panorámica global.

INTRODUCCIÓN AL MUNDO CUÁNTICO. DE LA DANZA DE LAS PARTICULAS A LAS SEMILLAS DE LAS GALAXIAS, por David Jou. Pasado & Presente; Barcelona, 2012.

«He intentado que este libro refleje la enorme eficacia de la física cuántica, su incidencia en muchos de los dispositivos que rodean nuestras vidas cotidianas, su impacto multimillonario en las economías avanzadas, su dinamismo avasallador en la apertura de nuevos horizontes tecnológicos, y también sus sorpresas conceptuales, sus paradojas sobre la realidad, sus problemas abiertos, e incluso aquello que tiene de gloria y aventura de la creatividad humana.» Esta loable declaración de intenciones que el autor hace en el prólogo del libro se cumple en gran medida a lo largo del mismo. En efecto, nos encontramos ante una descripción muy conseguida tanto de los aspectos fundamentales de la mecánica cuántica como de sus aplicaciones más importantes, es decir, de lo que más apropiadamente hemos de llamar física cuántica (campo científico al que este número de Investigación y Ciencia dedica un dossier).

A tal fin, el libro se divide en dos partes. En la primera se dan algunos detalles históricos de la génesis y el desarrollo de las principales ideas cuánticas, desde Planck hasta Schrödinger, pasando, claro está, por Einstein y Bohr. (No se habla aquí de Heisenberg porque su famoso principio de incertidumbre se deja para la segunda parte.) La mayor parte de esta primera sección se dedica a describir las aplicaciones más importantes de las ideas cuánticas, no solo en aspectos relacionados con la física, sino también con la química y la biología. Así, tras una breve y precisa exposición de la importancia de la mecánica cuántica en el estudio de la estructura atómica y molecular, se presentan dos ejemplos, en mi opinión muy bien escogidos, de su aplicación al enlace químico: la «física cuántica del agua» y la «química cuántica del carbono» (así llamadas en el libro); en ambos resulta notable la conjunción de brevedad y claridad, en particular en la descripción de las peculiares propiedades de la molécula del agua y de la interacción entre las moléculas (puentes de hidrógeno) de esta sustancia fundamental para la vida.

El siguiente capítulo trata de física nuclear; se introducen las dos interacciones básicas: la fuerte, que da cuenta de la cohesión del núcleo atómico al actuar sobre protones y neutrones, y la débil, responsable de la emisión de rayos beta (electrones o positrones) por algunos núcleos inestables. Por cierto, hay un error en este apartado que, aunque no afecte prácticamente al contenido, sí creo debe señalarse. En la página 68, al hablar de la primera teoría de la interacción fuerte, debida al físico japonés Hideki Yukawa en 1935, y en la que se postula la existencia de los piones —este nombre lo recibieron después— como transmisores de dicha interacción (en evidente analogía con el fotón, que transmite la interacción electromagnética), se dice que estos fueron descubiertos en 1937, cuando en realidad lo fueron en 1947 por Powell y sus colaboradores en Bristol (Inglaterra). Esta inexactitud no tendría mayor importancia si no fuera porque lo que realmente se descubrió en 1937 (más precisamente, a finales de 1936, por Anderson, que había descubierto el positrón en 1932) fue el muon o mesón mu. Este hallazgo causó cierto revuelo porque se creía que se trataba de los piones postulados por Yukawa, pero no era así, y hubo que esperar a 1947 cuando se observó que el muon era realmente un producto de la desintegración de otra partícula mucho más efímera, el pion, este sí la partícula de Yukawa. (En el libro se hace notar adecuadamente que el pion no es realmente una partícula elemental, ya que se compone de un par quark-antiquark, mientras que sí lo es el muon.) Cerrando este capítulo se tratan la fisión nuclear y la fusión nuclear; la primera, desde hace tiempo de gran interés práctico —para bien y para mal— y la segunda, previsible fuente de energía limpia y abundante en un futuro esperemos no muy lejano.

En el siguiente capítulo, el quinto, se penetra en el corazón mismo de la materia abordándose la física de las partículas elementales y sus interacciones. Lógicamente, habida cuenta del espacio disponible y del carácter divulgativo del libro, no puede esperarse gran profundidad, pero la descripción que se presenta es cuidadosa e informativa.

La primera parte del libro concluye con cinco capítulos de carácter más aplicado. Se pasa revista a la electrónica cuántica; la teoría cuántica del magnetismo y sus aplicaciones en la resonancia magnética nuclear, las memorias magnéticas y la espintrónica; la óptica cuántica, yendo del láser a la optoelectrónica; la superconductividad y la superfluidez, con sus aplicaciones; y finalmente las bases físico-cuánticas de la vida y, en particular, su posible relevancia en el funcionamiento del cerebro. Este bloque de cinco capítulos es, en mi opinión, lo mejor del libro. El autor ha sido capaz de condensar en algo más de sesenta páginas prácticamente todas las aplicaciones relevantes de la mecánica cuántica sin que esta condensación merme en absoluto la claridad expositiva.

La segunda parte está dedicada a los aspectos más conceptuales de la mecánica cuántica, bajo el título «Las perplejidades de la física cuántica: la sorpresa del mundo». En ella se presenta una descripción bastante ajustada de las cuestiones más relevantes de la fundamentación de la teoría cuántica: complementariedad, indeterminismo (principio de Heisenberg), entrelazamiento, desigualdades de Bell... Además, se hace ver que estas cuestiones, lejos de ser meramente académicas, han sido decisivas en el nacimiento de la importante área de la información cuántica, mostrando como ejemplo de aplicación de esta la computación cuántica, así como, muy sucintamente, la teleportación y la criptografía cuántica. Hay, asimismo, un capítulo, el 16, oportunamente dedicado a la formulación de Feynman (suma sobre caminos o integral de camino) de la mecánica cuántica, que de alguna manera proporciona la base de la llamada formulación de historias consistentes decoherentes, una versión moderna «corregida y ampliada» de la interpretación de los muchos universos, usada mayoritariamente en cosmología cuántica. Y precisamente a esta se dedica el penúltimo capítulo del libro, «Universo. Física cuántica y cosmología», que mantiene la línea de concisión y claridad presentes a lo largo de toda la obra.

Mención aparte merece el último capítulo (antes de la conclusión y un útil glosario), que está dedicado a «la física cuántica como inspiradora del arte y la literatura; como supuesta indagadora de la consciencia y la libertad; o como campo de apertura hacia la mística y la religiosidad», difícil empeño que se satisface muy aceptablemente. Se incluyen en este capítulo dos poemas relacionados de alguna manera con la física cuántica: el primero debido al autor del libro, que, además de reconocido científico, es un notable poeta en catalán; está traducido de esta lengua al castellano y se titula «Dualidad onda-corpúsculo», perteneciente al libro Las escrituras del universo (2005); el segundo es del libro El canto cósmico, de Ernesto Cardenal, y se titula justamente «Cántico cuántico». Simpático —y algo más— detalle el hacer esta excursión al campo de las humanidades desde la perspectiva de la física cuántica.

En resumen, un libro muy bien escrito y con una amplia información sobre los fundamentos y aplicaciones de la mecánica cuántica que considero de interés general, pues al no incluir apenas tecnicismos resulta muy asequible a personas no expertas en esta disciplina.

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