Mecánica Cuántica I: Conceptos Básicos de mecánica cuántica.

en el vídeo de hoy vamos a profundizar algunos de los conceptos fundamentales que hay que tener muy claro para entender mejor cualquier vídeo sobre mecánica cuántica las teorías vigentes fracasaban Lamentablemente en la frontera entre el mundo real y su representación al final de este vídeo deberías haber entendido tres cosas la primera que es el principio de superposición la segunda por qué lo usamos en mecánica cuántica y la tercera Cuál es la principal fuente de los llamados misterios en la interpretación de la mecánica cuántica ya habíamos hecho un vídeo sobre La no localidad cuántica hace un

año Pero como este año alias ha recibido el premio Nobel de física por su experimento pensado que valía la pena profundizar un poco antes de hablar de mecánica cuántica pensemos en un sistema clásico la superficie de un lago si lanzamos una piedra creamos unas ondas y aquí está la primera cosa importante las ondas tienen la propiedad física de poder sumarse si lanzo dos piedras en el lago podemos ver interferencias en la zona donde se juntan las dos ondas porque las ondas tienen esta propiedad de sumarse podemos observar zonas donde la superficie del Lago no vibra

como es posible esto si hemos tirado dos piedras pues es posible porque las ondas se pueden sumar si la onda que viene de un lado estira la superficie del Lago hacia arriba mientras la otra lo estira hacia abajo la resultante es que el lago no se mueve en este punto a pesar de estar en medio de una zona atravesada por dos ondas [Música] recuerdo que no estamos hablando de mecánica cuántica recordemos simplemente este principio de superposición de la mecánica ondulatoria clásica dos ondas tienen la propiedad de poder sumarse ahora pasaremos al mundo cuántico los padres

fundadores de la mecánica cuántica habían descubierto que las teorías vigentes por ejemplo la mecánica de Newton las ecuaciones de Maxwell para el electromagnetismo fracasaban a la hora de prever el comportamiento de las partículas cuánticas los electrones por ejemplo recordemos que los físicos buscan ecuaciones de evolución para poder prever el futuro de un sistema físico en este caso prever la evolución de un sistema hecho de electrones lo hemos dicho las teorías vigentes fracasaban Lamentablemente un ejemplo típico de este fracaso en la en el poder predictivo es el experimento de la doble rendi hecho con electrones lo

que a veces se llama el experimento madre de la mecánica cuántica no voy a describir aquí el experimento porque internet está literalmente lleno de vídeos con excelentes animaciones y que explican muy bien la naturaleza del Misterio que hay detrás de este experimento además para lo que quiero explicar aquí no hace falta pensar en un experimento particular solo recordar que la teoría que se utilizaba no conseguía describir correctamente el comportamiento de los electrones la idea que van a tener los padres fundadores de la mecánica cuántica para solucionar este problema demuestra que eran unos genios [Música] vamos

a explicarlo por pasos primero los electrones tienen propiedades comunes a todos independientemente del sitio donde se encuentran en el universo todos tienen la misma masa la misma carga por ejemplo pero también tienen otras propiedades que dependen del electrón porque no todos tienen la misma posición no todos tienen la misma velocidad no todos tienen la misma energía estas últimas propiedades las que cambian dependiendo del electrón los llamaremos los estados físicos del electrón Aquí es donde los padres fundadores de la mecánica cuántica van a tener este toque de genio deciden generalizar el principio de superposición de la

mecánica ondulatoria a la descripción de los estados de los electrones aquí lo tenéis descrito de forma un poco más precisa Si x y son dos estados posibles para el electrón el estado formado por x + y también será un estado posible para el electrón o podemos un estado cualquiera multiplicarlo por un coeficiente y el estado resultante también será un estado posible para el electrón los que han hecho un poco de matemáticas ya habrán reconocido que esto es la definición de un espacio vectorial los estados de las partículas cuánticas son vectores de hecho los llamamos vectores

de estado de todos modos lo digo Siempre los que no han hecho matemáticas o no les gustan no pasa nada no mirar las fórmulas escucharme porque realmente no hace falta saber de matemáticas [Música] Por qué han hecho este arreglo en la teoría cuántica está generalización del principio de superposición porque lo han hecho para recuperar el poder predictivo que se había esfumado recordar que ninguna de las teorías clásicas funcionaba ahora con este principio de superposición ya podemos prever el comportamiento de los electrones esto no significa que podemos entender lo que les está pasando a los electrones

porque ahora llegamos al tercer punto que era entender la Fuente principal de todos los misterios asociados con el comportamiento de las partículas cuánticas os he dicho que hoy entenderemos tres cosas la primera el principio del superposición esto ya lo hemos hecho la segunda entender por qué lo han introducido Por qué han hecho esta generalización en la teoría Lo acabamos de explicar y la tercera Por qué fallan las imágenes mentales Por qué no nos podemos hacer una imagen de lo que les está pasando a los electrones de hecho esto ya la habíamos comentado en un vídeo

el año pasado pero ahora lo vamos a tratar otra vez aquí es importante mencionar que la introducción de este principio de superposición crea un antes y un después de hecho Paul dirac ya comentaba que la mecánica cuántica nunca más se podrá reducir a la mecánica clásica debido justamente a este principio de superposición [Música] para poder prever el comportamiento de un electrón tenemos que hacer cálculos complejos en un espacio abstracto concretamente un espacio vectorial de Dimensión infinita para luego volver a un fenómeno que ocurre en un laboratorio es decir en un espacio normal y corriente de

tres dimensiones este desacoplamiento que hay entre el espacio donde hacemos los cálculos y el espacio real donde ocurren los fenómenos es una de las fuentes de la mayoría de los misterios que ocurren con el comportamiento de las partículas cuánticas el motivo por el que no conseguimos tener una imagen mental satisfactoria no hay representaciones concretas de lo que está pasando y esto nos lleva a un punto donde realmente surge todo el problema de la interpretación de la mecánica cuántica porque estamos realmente en la frontera entre el mundo real y su representación si lo que quieres es

tener mejor criterio para cualquier tipo de debate sobre la interpretación de la mecánica cuántica lo que debes hacer es meditar sobre esta pregunta Cómo es que tengo que ir a pasearme por un espacio vectorial para describir el comportamiento de unos electrones que se mueven en un laboratorio que es un espacio de Dimensión 3 las teorías clásicas cuyo cuadro era un espacio de tres dimensiones fallaban no tenían poder predictivo ahora un principio de superposición impuesto de forma algo abstracta nos permite recuperar este poder predictivo pero nos lleva a algo más abstracto aún un espacio vectorial provocando

el desacoplamiento entre el espacio real donde ocurren los experimentos el mundo real y el espacio de los cálculos y con esto creo que tenemos uno de los motivos por el que se hace tan complejo el tema de la interpretación esta necesidad de salir del espacio real es algo muy profundo porque nos dice algo sobre la naturaleza de los fenómenos pero este algo que nos dice no es traducible a conceptos asimilables no sé si son conceptos imposibles de asimilar o más bien imposibles de transmitir o las dos cosas interesante reflexión Quizás es una buena manera para

cerrar este paréntesis filosófico pensar que la mecánica cuántica incluso nos hace dudar del sentido que hay que dar a las palabras [Música] Bueno ya casi llegamos al final de este vídeo recuerdo que solo os Quería dar tres ingredientes que os permiten entender con más facilidad otros vídeos de mecánica cuántica Como por ejemplo este sobre el experimento de alas p a quien han dado el Nobel de física este año yo publiqué Este vídeo el año pasado porque no trataba solo del experimento de aspes sino de forma más general del debate entre boria Einstein sobre el determinismo

habrá otros vídeos de mecánica cuántica en este canal porque por las reacciones y los comentarios veo claramente que es el tema que actualmente interesa también haré vídeos sobre otros temas que he tratado en el pasado no solo mecánica cuántica dicho esto el próximo vídeo el que saldrá justo después de este va a ser el único un poco diferente porque ha sido pensado para los estudiantes de secundaria digo diferente porque normalmente suelo un tema de la teórica complejo y divulgarlo en profundidad Esta es la filosofía general de mi canal no hacer una divulgación de tipo malabarismo

sino acompañar literalmente las personas que no han estudiado física para que entren en las ideas con toda la profundidad y yo lo repito a menudo no hace falta ser físico hay una belleza fundamental en la naturaleza y el descubrimiento de esta belleza no es pertenencia de los físicos es patrimonio de la humanidad hay que ofrecerla a todo el mundo o como mínimo aquellos a quienes el mundo asombran [Música]