Mecánica Cuántica: Tres Mundos

En muchas ocasiones se dice que la mecánica cuántica describe “la física de átomos, moléculas y partículas subatómicas”, sin embargo este tipo de argumentos no nos permiten elucidar nada acerca de la estructura de la mecánica cuántica. Intentaré describir en estas notas algunos de los conceptos e ideas en los que se basa, tratando de evitar largos cálculos.

Empecemos por imaginar un Mundo en el que todo esta hecho de partículas que son entendidas como unidades irreducibles. Podemos entonces imaginar que la física en ese Mundo se puede describir en términos del comportamiento de estas partículas. Así pues, nuestras observaciones en este Mundo son fundamentalmente acerca de las trayectorias de estas partículas. Cualquier asociación hecha acerca de sus propiedades es por tanto secundaria, sin embargo es conveniente postular varias propiedades físicas de estas partículas y darles una nomenclatura tal como “masa” o “carga”.

Si las propiedades físicas postuladas van a servir para predecir las trayectorias de las partículas tiene que haber entonces una conexión entre ambas. Podemos proponer que las propiedades generan fuerzas que dependen de la configuración del sistema en cuestión, por ejemplo de las posiciones y/o las velocidades de las partículas.Así pues las fuerzas están conectadas a las trayectorias por medio de leyes dinámicas generales.

El papel del físico en este Mundo es definir las propiedades físicas de las partículas, la manera en que las fuerzas emergen a partir de estas propiedades y las leyes dinámicas que conectan las fuerzas con las trayectorias. Este Mundo es precisamente aquel que conocemos como el de la mecánica clásica Newtoniana. Este es un Mundo en el que la descripción completa de un sistema consiste en la descripción del movimiento en el tiempo (trayectoria) de todas las partículas del sistema. Para ello tenemos que determinar las fuerzas generadas por las partículas y utilizando leyes dinámicas (las leyes de Newton) conectar las fuerzas con las trayectorias. Debemos notar que en este Mundo no se dan explicaciones acerca de como las fuerzas son transmitidas de una partícula a la otra.

Imaginemos ahora un segundo mundo. Al igual que en el primero, las cosas tangibles están hechas de partículas y nuestro objetivo es determinar y predecir las trayectorias de éstas. Sin embargo, en este caso las fuerzas son transmitidas de una partícula a otra por medio de campos intangibles que se extienden a través del espacio. Además, las propiedades dinámicas tales como energía o momento no sólo están asociadas con las partículas sino también con los campos mismos.

En este segundo Mundo, si se conocen los campos se pueden calcular las fuerzas. Así pues, a partir de las partículas y sus propiedades se pueden encontrar los campos y por lo tanto se pueden determinar las trayectorias. Este segundo Mundo es aquel de la física clásica de campos, donde el punto inicial son los campos (o un potencial equivalente a partir del cual se puede conocer el campo) creados por alguna configuración de las partículas y sus propiedades.

Tanto en el primer como en el segundo Mundos lo que se puede observar son únicamente las trayectorias. No podemos ¨ver¨un campo o una fuerza, solo sus consecuencias, sus efectos sobre las partículas.

Llegamos finalmente al tercer Mundo, que puede parecer mucho muy raro comparado con los dos Mundos descritos anteriormente. En este Mundo no hablamos de trayectorias. De hecho a pesar de los físicos de este Mundo hablan de partículas, el concepto no está bien definido, al igual que las propiedades dinámicas tales como energía, momento y hasta posición.Estas propiedades no sólo dependen de la partícula misma, sino también del tipo de medición que se haga sobre ella.

En este tercer mundo las propiedades de las partículas y su configuración en el sistema son nuestro punto de inicio. Juntas dan pie a los potenciales (como en el Mundo 2), sin embargo esto no nos lleva a determinar las fuerzas, sino más bien a una funciones de probabilidad que nos permiten calcular el “chance” de encontrar una partícula con cierto valor en una de sus propiedades dinámicas al realizar una medición.

Como hemos mencionado anteriormente, el concepto de partícula en este tercer Mundo tiene propiedades pobremente definidas y únicamente se definen bien al ser medidas. Así pues, no podemos pensar en ¨trayectorias¨ como en los dos Mundos anteriores, sólo podemos hablar de la función de probabilidad que nos provee con las estadísticas para obtener ciertos valores para las propiedades dinámicas de las partículas al realizar una medición.

El panorama que nos presenta este tercer Mundo es aquel que corresponde la interpretación más común de la mecánica cuántica. Como podemos ver la disparidad que emerge entre los Mundos descritos se encuentra en los conceptos más básicos.