Se llama mecánica cuántica a aquella ciencia que se encarga de investigar cómo se componen y cómo se comportar las partículas atómicas y subatómicas. Es, junto con la Teoría de la Relatividad, uno de los pilares de la física moderna.
Historia de la mecánica cuántica
En el año 1922, el físico alemán Max Planck expuso su teoría cuántica y esto hizo que la mecánica cuántica surgiera como una disciplina distinta de la física.
Para Planck, la luz se movía en forma de cúmulos de energía o fotones cuya energía era proporcional a su frecuencia. Con la llegada de Einstein, se absorben las teorías de Planck y se postula que, en el vacío, la velocidad de la luz es una constante fundamental, pero en el espacio-tiempo esto no es así. De este modo, Einstein postula que la luz es una partícula pero también una onda.
Esta dualidad entre ondas y partículas es una de las características principales de la naturaleza en su nivel atómico donde es estudiada por la mecánica y la física cuánticas.
Ondas y partículas
Uno de los pilares en los que se basa la mecánica cuántica es justamente la descripción de que los elementos subatómicos, es decir los electrones, protones y neutrones, tienen al mismo tiempo las características y los comportamientos de una onda y de una partícula. Esto los hace comportarse distinto a los objetos macroscópicos de la mecánica tradicional o newtoniana.
En la mecánica clásica, el estado físico de un cuerpo es determinado por su posición y velocidad. En la mecánica cuántica, en cambio, utiliza la función de onda que corresponde a la solución de la Ecuación de Schrödinger, la cual solo nos brinda la probabilidad de encontrar a una partícula en cierto lugar, pero no la certeza. Esta ecuación recibe su nombre del físico Erwin Schrödinger, famoso por su teoría del gato en la caja, uno de los principios de la física cuántica basado en la superposición de estados.
Mecánica relativista
Como se deduce de su nombre, esta mecánica está sujeta a la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein formulada a principios del siglo pasado y que se funda en dos postulaciones: la teoría de la relatividad especial (1905) y la teoría de la relatividad general (1915). Según estos postulados, se llegó a la conclusión de que la antigua incompatibilidad que existía entre la mecánica clásica teorizada por sir Isaac Newton y el electromagnetismo de James Maxwell podía resolverse.
La teoría de la relatividad especial ponía el énfasis en el movimiento de los cuerpos cuando no existe fuerza gravitacional. Para este estudio fue necesario que se reformulasen algunas leyes del movimiento.
En la teoría de la relatividad general, en cambio, se prestaba atención a la misma gravedad. Desechando la fórmula de Newton y proponiendo un acercamiento sin referencias universales a los sistemas físicos, es decir, de manera no inercial. El postulado en el cual se puede sintetizar esta teoría es simple: la ubicación en el tiempo y el espacio de un determinado fenómeno físico depende del movimiento que realice su observador. Es decir que las variables que se consideraban universales y absolutas hasta el momento, tales como el tiempo y la longitud, no lo eran sino que variaban dependiendo de las condiciones en que fueran percibidas.
Aplicaciones de la mecánica cuántica
La tecnología actual trabaja en una escala alcanzable gracias a los efectos cuánticos. Las aplicaciones más importantes de esta teoría están focalizados en la química cuántica, la computación cuántica, la óptica cuántica, los diodos emisores de luz, el amplificador óptico y el láser los imanes superconductores, el transistor y semiconductores, las imágenes médicas y de investigación como la resonancia magnética y el microscopio electrónico así como para explicar fenómenos biológicos y físicos, cuyo origen está en el mismo enlace químico, especialmente, en la macromolécula del ADN.
