Planck, Schrödinger y Heisenberg: arquitectos de la revolución cuántica

A principios del siglo XX la física atravesaba una profunda crisis conceptual. Los modelos clásicos, basados ​​en las leyes de Newton y el electromagnetismo de James Clerk Maxwell (1831-1879), parecían suficientes para explicar la mayoría de los fenómenos naturales. Sin embargo, ciertos problemas (como la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico o la estabilidad de los átomos) desafiaban cualquier explicación coherente dentro de ese marco.

De esta crisis surgiría la teoría cuántica, una de las revoluciones científicas más profundas de la historia, liderada por figuras que, en muchos casos, no intentaron deliberadamente perturbar los fundamentos del conocimiento, pero terminaron haciéndolo.

Una de esas figuras fue Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947), a quien el físico, filósofo e historiador de la ciencia Manjit Kumar llamó “revolucionario a pesar de sí mismo” en una de sus obras, Quantum.

Planck no se consideraba un científico subversivo: era profundamente conservador en sus ideas y esperaba adaptar ligeramente la física clásica, no reemplazarla. Sin embargo, en 1900, mientras estudiaba el problema de la radiación del cuerpo negro (la forma en que un objeto ideal emite energía en función de su temperatura), se vio obligado a introducir una hipótesis radical: la energía no se intercambia de forma continua, como se creía hasta entonces, sino en pequeñas partes discretas, a las que llamó cuantos de energía.

Planck propuso que la energía emitida o absorbida por el oscilador sólo puede tomar múltiples valores de la cantidad mínima proporcional a la frecuencia de radiación, expresada por la fórmula: E = h f, donde E es la energía, f es la frecuencia y h es la famosa constante de Planck. Aunque Planck consideró este paso como un recurso matemático, una solución “desesperada” a un problema, su idea marcaría el nacimiento de la teoría cuántica. A partir de este punto, el mundo atómico-molecular ya no se entendería como un sistema continuo y predecible según las leyes clásicas.

La llegada de Schrödinger

Inspirado por esta nueva visión, Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger (1887-1961) desarrolló en 1926 una de las formulaciones más influyentes de la teoría cuántica: la ecuación de Schrödinger. Este modelo se considera estadístico, porque no describe con certeza el comportamiento exacto de las partículas subatómicas, sino que establece una función de onda que contiene toda la información posible sobre el sistema físico desde la perspectiva de la teoría cuántica. A partir de esta función se pueden calcular las probabilidades de encontrar una partícula en una determinada posición o con un determinado momento lineal (masa por velocidad).

En otras palabras, mientras que en la física clásica se puede saber exactamente dónde estará un objeto en el futuro si se conocen sus condiciones iniciales, en el modelo estadístico de Schrödinger esto es imposible.

El modelo del físico austriaco no dice: “la partícula está aquí”, sino: “existe una cierta probabilidad de que la partícula esté en esta zona del espacio”. Introduce una visión de un universo regido por la probabilidad y rompe con el “determinismo” heredado de la física clásica de Newton y con el que coincidía Albert Einstein (1879-1955), afirmando que Dios “no puede jugar a los dados”.

El gato más famoso de la cuántica.

La naturaleza contraintuitiva del modelo estadístico de Schrödinger suele ilustrarse con el famoso experimento del gato de Schrödinger, en el que un gato es encerrado en una caja en un estado paradójico de estar “vivo y muerto” al mismo tiempo hasta que alguien abre la caja y observa el resultado. Este experimento no fue propuesto para apoyar la teoría cuántica, sino para enfatizar lo extraño que es traducir propuestas basadas en el modelo estadístico de Schrödinger al mundo macroscópico. Sin embargo, popularizó los dilemas que traían consigo algunas propuestas del mencionado modelo.

Incertidumbre de Heisenberg

Paralelamente, Werner Karl Heisenberg (1901-1976) formuló otro suplemento.

En 1927, Heisenberg introdujo su famoso principio de indeterminación (o incertidumbre), que establece que hay pares de cantidades físicas que no pueden conocerse simultáneamente con absoluta precisión. El ejemplo más conocido es la posición y el momento lineal (masa multiplicada por la velocidad) de una partícula: cuanto más precisamente conocemos uno, mayor es la incertidumbre sobre el otro.

A menudo se afirma que este principio no es una limitación de nuestros instrumentos de medición, sino una propiedad fundamental de la naturaleza. Que en el acto de observar influye en lo observado. Para medir la posición de una partícula, por ejemplo, tenemos que interactuar con ella (a través de fotones, campos, etc.), y esa interacción cambia su estado de movimiento. De esta forma, la realidad subatómica dejaría de ser un escenario pasivo y pasaría a ser un sistema dinámico en el que el observador sería parte del fenómeno observado.

La propuesta de Max Planck transformó radicalmente nuestra comprensión del universo. Gracias a él se desarrollaron tecnologías tan importantes como transistores, láseres, resonancia magnética, chips de ordenador, paneles solares, etc., etc., etc. Un gran legado.