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Física cuántica: datos curiosos y test
Lo esencial en 7 ideas, con datos curiosos, una historia ilustrada y un test para ver cuánto sabes.
Lo esencial
Lo muy pequeño
La física cuántica describe los átomos y las partículas que hay dentro de ellos. A esa escala, las cosas se comportan de maneras que parecen imposibles en la vida cotidiana.
Dato clave
La física cuántica hace posibles los láseres, los LED y los chips de ordenador.
Energía en paquetes
En 1900, Max Planck descubrió que la energía viene en paquetes diminutos y fijos, llamados cuantos. La luz también llega en paquetes, llamados fotones.
Dato clave
Einstein ganó el Premio Nobel por explicar la luz como fotones.
¿Onda o partícula?
La luz y los electrones se comportan a la vez como ondas y como partículas. En el famoso experimento de la doble rendija, electrones lanzados de uno en uno van formando un patrón de onda.
Dato clave
Esta doble naturaleza se llama dualidad onda-partícula.
Incertidumbre
El principio de incertidumbre de Heisenberg dice que no puedes conocer a la vez la posición exacta y la cantidad de movimiento exacta de una partícula. Cuanto más precisa es una, más difusa es la otra.
Dato clave
Werner Heisenberg lo publicó en 1927.
Superposición
Antes de medirla, una partícula cuántica puede estar en una mezcla de estados posibles a la vez, lo que se llama superposición. Al medirla se obtiene un único resultado definido.
Dato clave
El gato de Schrödinger es un experimento mental sobre esta idea.
Entrelazamiento
Las partículas entrelazadas están vinculadas: medir una te informa al instante sobre la otra, por muy lejos que estén. Einstein lo llamó «acción fantasmal a distancia».
Dato clave
El Premio Nobel de Física de 2022 fue para experimentos sobre el entrelazamiento.
Ordenadores cuánticos
Los ordenadores cuánticos usan cúbits, que pueden estar en superposición, para resolver ciertos problemas muchísimo más deprisa que los ordenadores normales. Todavía son experimentales y frágiles.
Dato clave
Muchos cúbits deben mantenerse más fríos que el espacio exterior.
Datos curiosos
El Sol brilla gracias a un truco cuántico: los protones de su núcleo «atraviesan» por efecto túnel una barrera que no deberían poder cruzar.
En la oscuridad total, tus ojos pueden notar un destello formado por apenas un puñado de fotones.
Incluso moléculas enteras de 2000 átomos han formado patrones de onda en experimentos de doble rendija.
Heisenberg desarrolló ideas clave de la mecánica cuántica en Heligoland, una islita a la que había huido por su alergia al polen.
Schrödinger pensó su gato como una broma sobre lo absurda que parecía la superposición.
En 2017, el satélite chino Micius compartió partículas de luz entrelazadas entre estaciones terrestres separadas por más de 1200 km.
En 2019, Google afirmó que su chip cuántico había hecho en minutos una tarea que a un superordenador le llevaría miles de años. IBM lo puso en duda.
Historia: La riña cuántica
La riña cuántica
Bruselas, 1927. Veintinueve de los mejores físicos del mundo se reúnen para discutir sobre física cuántica. Diecisiete habían ganado o ganarían un Nobel.
En el desayuno, Albert Einstein le plantea a Niels Bohr un enigma pensado para tumbar la teoría. A la hora de la cena, Bohr ya tiene la respuesta.
Einstein refunfuñó que Dios «no juega a los dados». Se dice que Bohr le respondió: deja de decirle a Dios lo que tiene que hacer.
¿Verdadero o falso?
Toca tu respuesta para ver si has acertado, y por qué.
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Pregunta 1 de 10
La física cuántica describe el comportamiento de partículas diminutas.
Ver la respuesta
Verdadero. Átomos, electrones, fotones y más.
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Pregunta 2 de 10
La luz llega en paquetes llamados fotones.
Ver la respuesta
Verdadero. Cada fotón lleva una cantidad fija de energía.
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Pregunta 3 de 10
Los electrones pueden comportarse como ondas.
Ver la respuesta
Verdadero. Forman patrones de interferencia.
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Pregunta 4 de 10
No puedes conocer a la vez la posición exacta y la cantidad de movimiento exacta de una partícula.
Ver la respuesta
Verdadero. Forma parte de la naturaleza, no es un defecto de nuestros instrumentos.
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Pregunta 5 de 10
El gato de Schrödinger es un experimento mental.
Ver la respuesta
Verdadero. Nunca se metió a ningún gato en una caja.
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Pregunta 6 de 10
Einstein llamó al entrelazamiento «acción fantasmal a distancia».
Ver la respuesta
Verdadero. Le inquietaba profundamente.
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Pregunta 7 de 10
Los ordenadores cuánticos usan cúbits.
Ver la respuesta
Verdadero. Bits cuánticos que pueden estar en superposición.
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Pregunta 8 de 10
La física cuántica no tiene usos prácticos.
Ver la respuesta
Falso. Los chips, los láseres y las resonancias magnéticas dependen de ella.
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Pregunta 9 de 10
Einstein ganó el Premio Nobel por la relatividad.
Ver la respuesta
Falso. Lo ganó por explicar el efecto fotoeléctrico.
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Pregunta 10 de 10
La luz es siempre únicamente una onda.
Ver la respuesta
Falso. También se comporta como partículas: los fotones.
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Fuentes
- Nobel Prize — Physics 1918 (Planck), 1921 (Einstein), 2022 (entanglement)
- Stanford Encyclopedia of Philosophy — Uncertainty principle, quantum entanglement
- CERN — Quantum physics explained
- IBM Quantum — What is quantum computing?
- Stanford Encyclopedia of Philosophy — Everett’s relative-state formulation
- Lamoreaux (1997), demonstration of the Casimir force, Physical Review Letters 78
