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Mecánica cuántica sin misterios

Una introducción amena y rigurosa a los usos y abusos de la teoría cuántica.

VERDADES Y MENTIRAS DE LA FÍSICA CUÁNTIC
Carlos Sabín
Catarata, 2020
96 págs.

Richard Feynman es sin duda uno de los grandes iconos científicos del siglo XX. Su estilo, alejado de la seriedad académica, y sus magníficas dotes de comunicador le convirtieron en una figura conocida más allá de los límites de la comunidad de físicos. Por ello mismo, como ocurre con frecuencia con las celebridades, sus escritos y anécdotas acabarían convirtiéndose en una fuente inagotable de aforismos.

Entre ellos hay uno que sobresale por lo a menudo que es citado por quienes se hallan descontentos con la teoría cuántica: «Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica». Esta frase sirve a Carlos Sabín como punto de arranque de su libro Verdades y mentiras de la física cuántica, un interesante trabajo cuyo objetivo es explicar, a un lector no experto, no solo lo que es la mecánica cuántica, sino también —y quizá particularmente— lo que no es, así como guiarle por las prometedoras aplicaciones tecnológicas de esta rama de la física.

La elección de la frase de Feynman, tomada de sus lecciones recogidas en el libro El carácter de la ley física, no puede ser más acertada. Pocos de los que la citan para respaldar sus críticas a la mecánica cuántica parecen haber leído el párrafo en el que aparece y que clarifica su sentido. Feynman comienza diciéndonos que la dificultad con la mecánica cuántica es «psicológica» y se deriva de preguntarnos «cómo es posible que las cosas sean de esa manera». Su consejo frente a esto es «no hacer modelos» sobre lo que ocurre, sino aceptar que esa es la forma en que funciona la naturaleza. Así pues, la afirmación de que «nadie entiende la mecánica cuántica» hay que interpretarla en el sentido de que no es posible comprender lo que pasa en el mundo subatómico usando categorías derivadas de nuestra intuición macroscópica.

A pesar de la sabia advertencia de Feynman, la tendencia a «hacer modelos» es frecuente en las presentaciones populares de la mecánica cuántica. En libros y artículos resulta habitual leer que una partícula puede estar en varios sitios a la vez, o que un electrón puede comportarse alternativamente como onda o como corpúsculo. Muchas de las imágenes usadas son meros anacronismos, reliquias de los tiempos previos a la formulación de la mecánica cuántica en que los físicos, carentes aún de una teoría precisa, se valían de analogías clásicas debidamente modificadas ad hoc con algún ingrediente cuántico.

En la mayoría de los casos esto tiene una motivación puramente pedagógica, a fin de hacer llegar a un público no especializado las peculiaridades del mundo cuántico. Pero, por mucho que puedan capturar la imaginación del lector y despertar su interés, afirmaciones como las citadas quedan lejos de transmitir con precisión cómo funciona la naturaleza a las escalas más pequeñas. Antes bien, como nos recuerda Sabín, remiten a un mundo aparentemente mágico e impredecible en el que todo es posible. Por tanto, no puede sorprender que, fuera del dominio de la física, la teoría cuántica sea repetidamente invocada en la discusión de los temas más variopintos, desde el problema del libre albedrío a las pseudoterapias.

Verdades y mentiras de la física cuántica es un intento de desmontar las imágenes esotéricas o misteriosas de la teoría y de transmitir, de forma asequible y prescindiendo de analogías engañosas, su auténtico contenido y significado. En sus páginas leemos, por ejemplo, que un electrón no se comporta ni como una partícula clásica ni como una onda, sino como un electróncuántico, sujeto a unas leyes bien definidas. A diferencia de lo que sucede en el mundo clásico macroscópico, los estados de los sistemas cuánticos no están determinados por simples números, sino por funciones. Estos objetos matemáticos, que por razones históricas reciben el nombre de funciones de onda, evolucionan con el tiempo de una manera perfectamente predecible. Su conocimiento no solo nos informa de los posibles resultados de futuros experimentos, sino de la probabilidad de que cada uno de ellos ocurra.

Ese carácter probabilístico es acaso la principal «dificultad psicológica», por usar la expresión de Feynman, con que se encuentran aquellos que se aventuran por primera vez en el mundo cuántico. La intuición macroscópica determinista nos induce a pensar que cualquier incertidumbre en el resultado de una medida (no achacable a errores experimentales) tiene que ser consecuencia de nuestra ignorancia acerca del sistema sobre el que trabajamos. Pero esto no es lo que ocurre con la mecánica cuántica: aunque la función de onda nos da toda la información posible, el resultado de un experimento, como medir la posición de una partícula, no está determinado de antemano.

Es precisamente para intentar dar cuenta de esta particularidad de la naturaleza que tan a menudo se usa el «modelo» de que la partícula se encuentra en varios sitios a la vez, decidiéndose de alguna manera por uno de ellos en el momento en que se produce la medida. Pero, como explica Sabín, esta imagen, aunque recurrente, es incorrecta. En ningún caso puede decirse que una partícula ocupe dos o más posiciones simultáneamente, por el simple hecho de que carece de sentido hablar de «dónde está» antes de que midamos su posición. Es una característica fundamental de los sistemas cuánticos que la propiedad que resulta de una medida no preexiste a la medición. Aceptar este hecho disipa gran parte de las «paradojas» cuánticas.

Pero el objetivo del libro no es solo clarificar las confusas ideas que circulan acerca de la mecánica cuántica, sino también explicar la esencia de sus leyes y la manera en que estas dan lugar a fenómenos imposibles en sistemas clásicos. Así, usando tan solo las propiedades de superposición de las funciones de onda y ahorrando al lector todo detalle técnico, se explica en qué consisten las correlaciones asociadas con el entrelazamiento cuántico y como estas jamás suponen la transmisión de información a velocidades superlumínicas. También se analiza el teletransporte cuántico, distinguiendo claramente este fenómeno físico de las ideas que el término evoca entre los aficionados al género de la ciencia ficción.

La última parte de Verdades y mentiras de la física cuántica está dedicada a discutir las aplicaciones tecnológicas de la teoría, con énfasis en tres campos: la computación, la criptografía y la metrología. Aunque concisa, la explicación introduce conceptos clave, como supremacía cuántica o computación cuántica adiabática, de una manera sencilla y rigurosa. Es sin duda de agradecer que el autor dedique algunas páginas a la discusión de las aplicaciones metrológicas de las tecnologías cuánticas. Aunque quizá menos conocidas para el público que la computación y la criptografía, no son por ello menos importantes ni prometedoras, en particular en campos como la astrofísica y la cosmología.

Una de las grandes virtudes de este volumen es su brevedad. En apenas noventa páginas, Sabín ha sabido destilar con claridad y precisión los temas básicos que permitirán al lector adquirir una idea general fidedigna de la física cuántica y prepararle para otras lecturas más detalladas. Esta concisión invita además a la relectura y a la reflexión sobre las ideas expuestas. Y aunque no hay duda de que se trata de una obra muy recomendable para cualquier persona interesada en estas cuestiones, el libro resultará particularmente estimulante a los seguidores de su blog, Cuantos completos, ya que encontrarán en él un estupendo vademécum.

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