F�sica cu�ntica - Explicaci�n y definici�n de la f�sica cu�ntica

�Qu� es la F�sica Cu�ntica?

La f�sica cu�ntica se define como la rama de la f�sica que se ocupa de estudiar y explicar el comportamiento a nivel microsc�pico de los �tomos y de las part�culas subat�micas y elementales, tambi�n conocida como mec�nica cu�ntica sus leyes est�n basadas en probabilidades rompiendo con todos los esquemas establecidos en la f�sica cl�sica.

La f�sica cl�sica es la ciencia que se ocupa de estudiar y predecir el comportamiento de los objetos macrosc�picos que nos rodean mediante leyes matem�ticas, gracias a la f�sica cl�sica podemos predecir con exactitud la velocidad de un avi�n, la �rbita de la luna o cual es la gravedad en J�piter, su principal caracter�stica es que es una ciencia determinista, es decir se puede calcular con exactitud valores como la velocidad o posici�n de un objeto y por lo tanto su trayectoria.

Por otro lado, tal y como se indica en la definici�n de la f�sica cu�ntica, esta se ocupa de estudiar el comportamiento de objetos microsc�picos como los �tomos, electrones, quarks o fotones, a este nivel microsc�pico las leyes de la f�sica cl�sica no sirven puesto que son incapaces de predecir el comportamiento de estas part�culas, siendo su principal caracter�stica la indeterminaci�n de valores como la posici�n o velocidad de una part�cula. Por ello la principal diferencia de la cu�ntica respecto a la cl�sica es que esta �ltima es una ciencia determinista y la primera es probabil�stica.

A nivel microsc�pico las part�culas fundamentales como los electrones o los fotones se comportan de una manera extra�a, desconcertante y m�gica, no teniendo nada que ver con la concepci�n que tenemos de nuestra realidad, por ejemplo;

• El fen�meno de superposici�n nos indica que un electr�n puede estar al mismo tiempo presente en tu casa, en el pico m�s alto del Everest o en la superficie de J�piter, es decir una part�cula est� presente en muchos lugares a la vez con diferentes probabilidades siempre y cuando no sea observada.

• El fen�meno de entrelazamiento nos indica que un electr�n que se encuentra en nuestro ordenador puede estar entrelazado con otro electr�n ubicado en un planeta distante a 400 a�os luz, cuando modificamos el estado de alguno de los electrones el otro cambia instant�neamente.

• El efecto t�nel nos afirma que un electr�n puede atravesar en ocasiones muros o paredes delgadas de energ�a como si fuera un fantasma, esto se debe a la dualidad onda-part�cula que confirma la mec�nica cu�ntica.

Aunque parezca incre�ble todos estos principios y fen�menos cu�nticos se han comprobado con numerosos experimentos, confirm�ndose cada uno de ellos, por ello numerosos cient�ficos aseguran que la mec�nica cu�ntica es la ciencia m�s exacta jam�s descubierta por el hombre.

Gracias a estas m�gicas propiedades que dispone el mundo microsc�pico, el ser humano ha desarrollado instrumentos incre�bles, por ejemplo el microscopio de efecto t�nel nos permite visualizar a escalas nanom�tricas los �tomos que componen un material distingui�ndose claramente unas de otras, en un futuro podremos enviar informaci�n instant�nea de un sistema solar a otro gracias al efecto del entrelazamiento cu�ntico, por otro lado mediante el fen�meno de superposici�n los investigadores est�n desarrollando ordenadores cuya potencia de c�lculo superar� a todos los ordenadores del mundo conectados al mismo tiempo.

Todo esto no es ciencia ficci�n, ya hemos desarrollado ordenadores cu�nticos que funcionan correctamente con una potencia 3600 veces superior a un microprocesador de 8 n�cleos, hemos teleportado el estado de un fot�n a casi 100 km de distancia, en poco tiempo veremos como la mec�nica cu�ntica iniciar� una revoluci�n que cambiar� nuestra manera y h�bitos de vida.

Historia de la f�sica cu�ntica.

El inicio de la f�sica cu�ntica comienza en el a�o 1900 cuando el f�sico Max Planck presenta en Berlin los estudios llevados a cabo para explicar el fen�meno de radiaci�n del cuerpo negro, Planck descubri� que la energ�a de radiaci�n no era continua sino discontinua y est� formada por diminutos paquetes indivisibles a los que denomin� "cuanto", siendo un valor fijo y constante conocido como h = 6,26 x 10^-34 J*s. La f�sica cu�ntica debe su nombre al concepto de "cuanto" descubierto por Max Planck.

El concepto de "cuanto" expone que cuando viertes agua en un vaso esta no fluye constantemente sino lo que ocurre es que caen peque�os paquetes o cuantos de agua de manera discontinua, en este simil el agua representa a la energia, esto para los f�sicos de principios del Siglo XX supuso una revoluci�n radical de su concepci�n del universo.

Posteriormente el gran f�sico Albert Einstein utiliz� el concepto de cuanto descubierto por Max Planck para imaginar que la luz estaba compuesta por peque�as part�culas de energ�a cuantificadas a las que llam� fot�n, de tal forma que pudo explicar el fen�meno fotoel�ctrico otorg�ndole el premio nobel de f�sica en el a�o 1932. Posteriormente Einstein fue un ac�rrimo luchador contra el universo que propone la teor�a cu�ntica, son famosas las discusiones que mantuvo con el f�sico Niels Bohr.

En el a�o 1926 Schr�dinger desarroll� la famosa ecuaci�n ondulatoria en donde se confirmaba que una part�cula como el electr�n es tambi�n una onda, durante sus estudios el mismo Schr�dinger no entend�a los resultados que arrojaban sus ecuaciones pero tras numerosas revisiones no encontraba ning�n fallo y actualmente nadie lo ha podido encontrar. Schr�dinger represent� matem�ticamente el efecto de superposici�n cu�ntico en donde se afirma que una part�cula es a la misma vez una onda y un corp�sculo siempre y cuando no sea observada.

En el a�o 1927 el f�sico Werner Heisenberg presenta su principio de Incertidumbre el cual indica que es imposible conocer con exactitud la velocidad y la posici�n que tiene una part�cula, cuanto m�s conoces su posici�n menos conoces su velocidad y viceversa, este principio rompe con todas las leyes aplicables al mundo macrosc�pico donde podemos predecir con exactitud tanto la posici�n como la velocidad de un objeto y por ende su trayectoria, en cambio el principio de incertidumbre afirma que es imposible conocer la trayectoria de una part�cula.

Numerosos f�sicos y cient�ficos del Siglo XX han profundizado sobre esta rama de la ciencia aportando nuevas leyes y fen�menos cu�nticos asi como experimentos que lo avalaban, f�sicos de renombre como Niels Bohr, Louis de Broglie, Max Born, Paul Dirac, Jhon bell o Richard Feynman entre otros.

Aplicaciones de la f�sica cu�ntica.

Aunque no lo parezca la mayor�a de los dispositivos y objetos que utilizamos y vemos en nuestro d�a a d�a estan basados en alg�n principio o fen�meno de la f�sica cu�ntica, por ejemplo el funcionamiento del laser se basa en la mec�nica cu�ntica y se utilizan en reproductores de cd y dvd, esc�neres de c�digos de barras utilizados en los centros comerciales, herramientas de corte y soldadura utilizadas en la industria o bistur�es de laser utilizados en el campo de la medicina.

El desarrollo de los transistores, elemento fundamental de todos los microprocesadores que utilizar todos los aparatos electr�nicos como nuestro ordenador, el desarrollo de los relojes at�micos con alta precisi�n as� como los term�metros ultraprecisos son entre otros ejemplos donde la mec�nica cu�ntica ha desempe�ado un papel fundamental en su desarrollo.

Las placas solares, detectores de movimiento, sistemas de control de calidad autom�ticos en l�neas de producci�n continuas como detecci�n de productos rotos y defectuosos, envases vacios u otros, sistemas de alarmas contraincendios o incluso para la medici�n de las estrellas lejanas a nuestro planeta basan su funcionamiento en el efecto fotoel�ctrico explicado gracias a la f�sica cu�ntica.

Otro de los ejemplos que se aplica la mec�nica cu�ntica son las memorias USB que utilizamos en nuestro ordenadores, estas peque�as memorias flash capaces de almacenar cantidades ingentes de informaci�n utilizan el efecto tunel para proceder al borrado de las diversas celdas que las componen de tal forma que podamos reutilizarlo tantas veces como queramos.

El futuro pr�ximo nos espera el desarrollo de ordenadores cu�nticos con una potencia de c�lculo ilimitado, gracias a ellos podremos predecir con gran exactitud el comportamiento del clima a largo plazo, dise�ar f�rmacos y medicinas a nivel molecular con propiedades altamente curativas o podremos simular a la perfecci�n fen�menos naturales altamente complejos como la formaci�n de las galaxias.

Por otro lado en un futuro muy pr�ximo dispondremos del llamado Internet cu�ntico donde las comunicaciones ser�n totalmente seguras e instant�neas, en cuesti�n de milisegundos podremos descargar millones de Mb de informaci�n y donde la criptograf�a cu�ntica har�n un Internet totalmente seguro.

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