Aplicación de la mecánica cuántica en la vida cotidiana
¿Qué puede ser más extraño que la mecánica cuántica? Este marco de la física es responsable de un gran número de fenómenos extraños: gatos teóricos que están vivos y muertos al mismo tiempo, partículas a kilómetros de distancia que, sin embargo, pueden comunicarse instantáneamente, y fotones indecisos que, de alguna manera, van en dos direcciones a la vez.
Pero también es responsable de los avances tecnológicos que hacen posible la vida moderna. Sin la mecánica cuántica no existiría el transistor, y por tanto el ordenador personal; ni el láser, y por tanto los reproductores Blu-ray. James Kakalios, profesor de física de la Universidad de Minnesota, quiere que la gente entienda hasta qué punto la mecánica cuántica influye en nuestra vida cotidiana, pero para ello hay que entender primero la mecánica cuántica.
Kakalios se propone abordar ambas tareas en The Amazing Story of Quantum Mechanics (Gotham Books, 2010), un tratamiento accesible y casi sin matemáticas de uno de los temas más complejos de la ciencia. Para mantener el ritmo, el autor intercala ilustraciones y analogías de las historias de Buck Rogers y otros cuentos clásicos de ciencia ficción. Hablamos con Kakalios sobre su nuevo libro, lo que la mecánica cuántica ha hecho posible y cómo las primeras visiones de ciencia ficción del futuro se comparan con el presente tal y como lo conocemos.
Cómo se utiliza la mecánica cuántica en los ordenadores
¿Alguna vez se ha sentido un poco incoherente? O tal vez ha estado en dos pensamientos sobre algo, o incluso en un estado un poco delicado. Pues bien, esta es su excusa: quizá esté usted esclavizado por las extrañas reglas de la mecánica cuántica.
Pero, ¿es ese el caso? ¿Podrían las partículas que ocupan dos estados a la vez, que interactúan de forma aparentemente inexplicable a través de las distancias y que presentan otros comportamientos cuánticos erróneos, hacer funcionar muchos procesos vitales esenciales? Si aceptamos esta idea, dicen sus defensores, podríamos aprovecharla para diseñar mejores medicamentos, células solares de alta eficiencia y ordenadores cuánticos superrápidos. Sin embargo, hay algo que debemos entender antes: ¿cómo llegó lo cuántico a la biología en primer lugar?
Por un lado, se podría pensar que no debería sorprendernos que la vida tenga una ventaja cuántica. Al fin y al cabo, la biología se basa en la química, y la química tiene que ver con las acciones de los electrones atómicos, y los electrones son bestias cuánticas en el fondo. Es cierto, dice Jennifer Brookes, que investiga los efectos cuánticos biológicos en la Universidad de Harvard. “Por supuesto, todo es, en última instancia, cuántico, porque las interacciones de los electrones se cuantifican”.
La física cuántica explicada
De hecho, la física cuántica está a nuestro alrededor. El universo, tal y como lo conocemos, se rige por reglas cuánticas y, aunque la física clásica que surge al aplicar la física cuántica a un número enorme de partículas parece muy diferente, hay muchos fenómenos cotidianos que deben su existencia a los efectos cuánticos. He aquí algunos ejemplos de cosas con las que probablemente te encuentres en tu vida cotidiana sin darte cuenta de que son cuánticas:
Las tostadoras: El resplandor rojo de un elemento calefactor mientras se tuesta una rebanada de pan o una rosquilla es una imagen muy familiar para la mayoría de nosotros. También es el lugar donde la física cuántica tuvo sus comienzos: Explicar por qué los objetos calientes brillan de ese color rojo es el problema para el que se inventó la física cuántica.
El color de la luz emitida por un objeto caliente es un ejemplo del tipo de fenómeno simple y universal que es un regalo para los físicos teóricos: no importa de qué esté hecho un objeto, si puede sobrevivir al calentamiento a una temperatura determinada, el espectro de luz que emite es exactamente el mismo que el de cualquier otra sustancia. Este tipo de comportamiento universal atrajo a muchos físicos brillantes a finales del siglo XIX, pero ninguno fue capaz de resolver el problema.
Leyes de la física cuántica
Los investigadores y los gigantes de la tecnología llevan décadas trabajando en el campo de la física cuántica. La tecnología cuántica tiene un enorme potencial que hace realidad la visión de los viajes en el tiempo, la computación sin precedentes y mucho más. Aunque los investigadores han explorado la tecnología cuántica para realizar algunas investigaciones asombrosas, enumeramos ocho formas en las que esta tecnología se ha utilizado en nuestra vida cotidiana y que a menudo pasan desapercibidas.
Hemos utilizado las técnicas cuánticas en nuestras necesidades domésticas en forma de aparatos eléctricos como las tostadoras. Cuando tostamos pan en una tostadora, notamos el brillo rojo que se debe a la física cuántica. El elemento calefactor emite color rojo y los objetos calientes emiten resplandor son las razones por las que la física cuántica llegó a existir.
A todo el mundo le gusta capturar sus preciosos momentos y para ello la mayoría de nosotros llevamos una cámara digital a todas partes. En las cámaras digitales, el objetivo recoge los fotones y los enfoca en el sensor, que a su vez emite electrones mediante la manipulación de los niveles de energía en los semiconductores. Las reglas de los semiconductores están dictadas por la física cuántica, lo que supone un segundo caso de uso de la tecnología cuántica.