Mecánica cuántica
Teoría que describe el comportamiento de la materia y la radiación a escalas atómicas y subatómicas. Se formuló entre 1925 y 1927 —Heisenberg, Schrödinger, Born, Dirac— y de ella salen la química, la electrónica, los láseres y la comprensión de por qué las estrellas brillan. Es la teoría más precisamente verificada de la física y sigue sin acuerdo sobre qué dice acerca de la realidad.
Qué la distingue de la física clásica
- La cuantización. Ciertas magnitudes solo toman valores discretos: la energía de un electrón ligado, el momento angular. De ahí el nombre.
- La superposición. Un sistema puede describirse como combinación de varios estados a la vez, y esa combinación produce efectos de interferencia observables. Ver superposición cuántica.
- La indeterminación. Ciertos pares de magnitudes, como posición y momento, no admiten valores simultáneamente precisos. No es una limitación instrumental sino estructural (Heisenberg, 1927).
- El entrelazamiento. Dos sistemas pueden quedar correlacionados de modo que ninguno tenga estado propio definido. Einstein lo consideró prueba de que la teoría estaba incompleta; los experimentos sobre las desigualdades de Bell —Clauser, Aspect, Zeilinger, Nobel 2022— mostraron que las correlaciones existen.
- El carácter probabilista. La teoría predice distribuciones de resultados, no resultados individuales.
La precisión
El caso emblemático es el momento magnético del electrón, la predicción más precisamente verificada de toda la física. La medición más reciente tiene una incertidumbre de 1,3 partes en 10¹³, y el acuerdo entre teoría y experimento ronda una parte en un billón (10¹²), limitado no por la teoría sino por la medición independiente de la constante de estructura fina.
Esa combinación es lo peculiar de la situación: una teoría que acierta hasta el decimotercer decimal y sobre la que no hay acuerdo acerca de qué describe.
Lo que no está resuelto
La teoría dice cómo evoluciona un sistema mientras nadie lo mira —de forma determinista, mediante la ecuación de Schrödinger— y da una regla distinta, probabilista, para lo que se obtiene al medir. Qué cuenta como medición, y por qué hacen falta dos reglas, es el problema de la medición. Las respuestas rivales son las interpretaciones de la mecánica cuántica.
Aparte de eso queda el problema de fondo: la mecánica cuántica y la relatividad general no se han unificado. Cada una funciona en su dominio y ambas se necesitan a la vez en dos lugares, el interior de un agujero negro y el universo primitivo.
Conceptos vecinos
- Problema de la medición
- Superposición cuántica
- Interpretaciones de la mecánica cuántica
- Función de onda
Fuentes
- Wikipedia EN: Quantum mechanics (Categoría 1)
- Fan, X. et al. (2023). Measurement of the Electron Magnetic Moment. Physical Review Letters, 130, 071801. (Categoría 2)
- Feynman, R. P., Leighton, R. B. y Sands, M. (1965). The Feynman Lectures on Physics, vol. III. Addison-Wesley. (Categoría 2)