Clinical Research Insider

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Hacia el inicio de la física cuántica

Por: José Luis Romero Ibarra, PhD*

El magnetismo es un fenómeno conocido desde largo, larguísimo tiempo atrás, desde épocas en que no existía el capitalismo ni se había llegado siquiera al medioevo. Ni aristocracia ni feudalismo. La palabra magnetismo puede sonarnos a cualquier cosa en los tiempos que corren, en la época posmoderna. Hay quienes hacen terapias New Age con imanes, por ejemplo, y tal vez algunos de nosotros pensemos en aquel alemán de apellido Mesmer. Ni hablemos de coaching. Sin embargo, existe otra perspectiva que suele sernos más ajena.

El desarrollo de la tecnología en el último siglo hubiera sido imposible sin el magnetismo, y la tecnología sería imposible sin la ciencia. Y es esta perspectiva, la científica, a la que a veces no nos acercamos tanto. Si nos vamos a referir al magnetismo, recordemos que pocas veces anda solo; suele ir de la mano con la electricidad. En física se dice que el magnetismo es consecuencia de la existencia de un campo magnético; mientras que la electricidad, de un campo eléctrico. Pero como tantas veces andan juntos, se habla del campo electromagnético. Sin este campo bipartito sería difícil vivir; así, tal cual. Para muestra, pensemos en la luz. No importa si es roja, azul, verde o blanca; siempre es un campo electromagnético. El campo eléctrico por sí solo también nos es conocido, pues se debe a él que haya días (de poca humedad) en que “damos toques” a la gente. El magnetismo, en cambio, es el que nos ayuda a que la puerta del refrigerador permanezca cerrada (hay un imán en el interior de la tira plástica que recorre el marco de la puerta).

Sin entenderlo, sería imposible construir una televisión e irla perfeccionando desde los bulbos hasta los leds. Tampoco tendríamos computadoras, ni se desarrollarían teléfonos celulares que permiten enviar mensajes, escuchar música o “ligar”. Físicos de distintas épocas han estudiado al magnetismo y a la electricidad. Pero fue en el siglo XIX cuando se hicieron los mayores avances. Estos se deben principalmente a dos británicos: Michael Faraday y James C. Maxwell. Ellos supieron conjuntar resultados de otros investigadores, obtener otros nuevos, ordenarlos y compactarlos hasta llegar a cuatro leyes con las que se estudia toda la teoría electromagnética: las leyes de Maxwell.

Así en el siglo XIX ya había una base científica para describir campos electromagnéticos, para hacer uso de sus propiedades y para desarrollar tecnología. Pero a fines del siglo XIX pasó algo más. Un experimento no concordaba con la teoría. Surgían preguntas. Se avivaban las dudas. Se revisaba todo, se rehacía el experimento, se cuidaban detalles y las observaciones eran las mismas. Hubo propuestas para modificar la teoría, unas cosas mejoraban, pero otras se echaban a perder. Se veían opciones y más opciones, pero sin que calzaran cabalmente. Los culpables de todo eran los colores. Tan sencillos que nos parecen, ¿verdad? Verde, naranja, lila, café, morado, blanco, violeta, amarillo, bermellón, fucsia, azul, marrón… Por cierto, ¿y el negro? El verdadero y único culpable era un cuerpo negro. Éste era el que traía a los científicos sin entender qué pasaba. Se sabía que si iluminamos a un cuerpo con luz blanca, lo vemos amarillo porque refleja solamente la luz de ese color y ésta llega a nuestros ojos, el resto es absorbida por el objeto. Lo mismo si iluminamos a un objeto azul.

Vemos que una botella de vino tinto es verde porque solo permite que la luz verde pase para llegar a nuestros ojos y la de otros colores se absorbe. ¿Pero qué pasa si tenemos un cuerpo negro? ¿Qué es un cuerpo negro en la Física? Imaginemos una esfera, tal vez de hierro, le quitamos el centro para quedarnos con un cascarón, le hacemos un hoyito que nos permita llegar al interior y la calentamos(1). Veremos que la esfera se pone roja como un carbón ardiente o una aguja que ponemos al fuego; en otras palabras, emite luz (radía). El hoyito que hicimos nos permitirá saber qué pasa en el interior, por la radiación que sale. Entonces, la cavidad también emite luz, vemos qué hay adentro. ¿Podría ser una estrella pensada como un cuerpo negro?

Max Planck dio un pequeño paso, pequeño pero que calza, pequeño pero que trastoca, pequeño pero que explica, pequeño pero que decide, pequeño pero que matematiza, pequeño pero que revoluciona, pequeño pero que conceptualiza, pequeño pero que funda: funda la Física Cuántica. Por este paso, Planck recibió el Premio Nobel de 1918 “en reconocimiento a los servicios que prestó al avance de la Física debido a su descubrimiento de la cuantización de la energía”(2). La humanidad no se había dado cuenta de este fenómeno porque solo sucede en el micromundo, el de las cosas que no vemos con los ojos, el de los fenómenos que no se presentan en nuestra vida diaria. La palabra cuántico produce curiosidad, premonición de aburrimiento o disparates continuos, con mirada penetrante de sabiondo y atmósfera de genialidad, extendiendo la aplicación fuera de su verdadero alcance. Pero la cuantización de la energía es algo parecido a que solo existieran tabletas de chocolate de 500 calorías y pudiéramos comer una tableta o dos, pero no podemos dejar la mitad, ni un tercio, ni un cachito siquiera.

También podemos comer diez, pero con el compromiso de ingerirlas todas, sin que nos importe el dolor de estómago o el empalagamiento. Y en la producción de tabletas es la misma idea, sólo podemos producir tabletas enteras en la fábrica, no existe posibilidad de que hagamos paquetes de media tableta. Si el empaquetado dice 500 calorías, así debe ser. Entonces, al final de la máquina saldrán 100 tabletas o 261 o 593 u otras tantas, pero no habrá fracciones. O sea, volviendo a la energía, diremos que viene en tabletas enteras o, para usar las palabras típicas, en cuantos o, de forma análoga, que la energía está cuantizada. No pasó mucho tiempo desde que Planck propusiera la cuantización de la energía para que se encontraran experimentalmente otros fenómenos cuánticos y se fuera desarrollando una teoría que desconcierta cuando nos acercamos por primera vez, pero que dominaremos y se usará en el desarrollo de nueva tecnología. Claro que, en más de un siglo de existencia de la física cuántica, ya se ha avanzado a grandes pasos.

*José Luis Romero Ibarra, Doctor en Ciencias en Física por la Universidad de Guadalajara. Realizó una estancia posdoctoral en 2005 en el Instituto Real de Tecnología (KTH), en Suecia; diversas estancias de investigación en la Universidad de Concepción, Chile, y en la Universidad de Rostock, Alemania. Ha impartido cursos sobre Mecánica, Electromagnetismo, Física cuántica, entre otros.

Referencias:

1. Física (volumen 2), D. Halliday, , K. S. Krane (CECSA).
2. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1918/summary/

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