Grandes retos del siglo XXI. Отсутствует

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EL TERRITORIO DE LA FÍSICA CUÁNTICA ^*

Luis de la Peña^**

      El principio del siglo XX vio nacer la teoría de la relatividad (la especial en 1905, la general en 1916) y una década después (entre 1925 y 1927 para ponerle fecha) la mecánica cuántica. Estas dos teorías definieron el carácter y la naturaleza de la física del siglo pasado.

      La mecánica cuántica es, en lo básico (aunque no exactamente), la rama de la física que estudia los sistemas ultramicroscópicos, como átomos o moléculas e incluso menores, y sus agregados más fundamentales. Ésta es una teoría esencialmente diferente de las que conociera la física anterior al siglo XX. La teoría cuántica demanda una visión física muy propia y altamente novedosa, la que llega incluso a estar en contradicción con la visión que del mundo nos proporcionan la física clásica y el resto de las ciencias naturales. Pero se abordará esto más adelante.

      La mecánica cuántica es a la física actual lo que la mecánica de Newton fuera para la física clásica: el sustento teórico general de los avances físicos ulteriores. Con su establecimiento se dieron las bases para el surgimiento y desarrollo de la amplia variedad de teorías que conforman la física contemporánea. Como ejemplos podemos citar la electrodinámica cuántica y la teoría cuántica de campos, la física atómica, la molecular, la nuclear, las de los diversos estados de la materia, como sólidos, líquidos, gases, geles y plasmas, la de las partículas elementales, etcétera.

      Más allá del territorio que le es propio, la mecánica cuántica ha alentado también el surgimiento de importantes capítulos de campos científicos que le son afines. Un notable ejemplo es la química cuántica o química teórica, que ha conducido a señalados avances de esta ciencia. Los resultados están presentes en la síntesis y generación de una amplia variedad de medicamentos y drogas, o bien, en la producción de nuevos materiales, el modelaje molecular, la química computacional, etc. La tabla periódica de Mendeleev, y con ello la base misma de la química, encuentra su explicación última en la mecánica cuántica.

      Varios capítulos de la astrofísica contemporánea son resultado de una productiva simbiosis con las actuales teorías de origen cuántico. Es de esperarse que en su momento emerjan de este matrimonio respuestas a profundos misterios, como la esencia de la energía oscura, en la que reside aproximadamente 70% de la energía del universo y no se sabe qué es. Algo análogo sucede con la materia oscura, otro misterio que representa esta vez aproximadamente 25% de la materia del universo. En otras palabras, el mundo que vemos no representa más de 5% de aquello que hay en el universo y el resto es un enigma. Seguramente, yendo de la mano la astrofísica y la teoría cuántica se requerirá menos tiempo para develar el misterio.

      La mecánica cuántica también puede preciarse de haber contribuido a la biología contemporánea con más que un grano de arena. De hecho, la más actual rama de la biología, la biología molecular, o sea, la biología que se centra en la base molecular de la actividad biológica, tiene abuelo físico. Un destacado antecesor de la biología molecular, Hermann Muller, después de muchos años de trabajo exitoso, reconoció las limitaciones de un genetista para alcanzar una explicación fundamental de las propiedades de los genes y sus acciones. Allá por 1936 escribió un ensayo en el cual reconoce tales limitaciones y señala que les tocaba ya al físico y al químico entrar en escena. Y pregunta: “¿Quién es el voluntario que se lanza?” El reto fue respondido. Primero por Schrödinger, uno de los grandes creadores de la mecánica cuántica, quien propuso una explicación cuántica al juego entre estabilidad y mutabilidad del gen en su libro ¿Qué es la vida?, obra que resultó muy influyente entre los biólogos. Poco más adelante la emigración del físico Max Delbrueck hacia la biología resultó aun de mayor impacto. Es interesante comparar las perspectivas científicas de estos dos pioneros: mientras Schrödinger pretendió reducir la biología a la física en su breve obra, Delbrueck y su escuela mantuvieron el objetivo de entender cómo se complementan entre sí estas disciplinas. Muy al estilo de los físicos, Delbrueck empezó su nuevo derrotero con el estudio del sistema biológico de interés más simple: un virus. Es la biología molecular naciendo.

      La intensa actividad alrededor de las teorías de naturaleza cuántica ha dado lugar al surgimiento de una vasta colección de aplicaciones y dispositivos que basan su funcionamiento en fenómenos cuánticos. Entre los СКАЧАТЬ