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¿Qué es la física cuántica?

La física cuántica es una rama de la ciencia que se encarga de estudiar la materia, además de la energía, en sus niveles fundamentales.

La física cuántica es una rama de la ciencia que se encarga de estudiar la materia, además de la energía, en sus niveles fundamentales. El objetivo de esta ciencia es el mismo que el de la física en general, tratar de descubrir las características y elementos que componen la naturaleza. El enfoque cuántico se dirige hacia objetos diminutos, como las partículas elementales.

A pesar de esto, los principios de la cuántica rodean cada uno de los elementos vivos y no vivos que componen el universo, pues todas las cosas se componen de átomos y partículas. La física cuántica se encarga de cerrar brechas desde un punto de vista subatómico, con el fin de resolver misterios de la vida cotidiana. Los avances realizados en esta rama han tenido grandes aplicaciones en diversas áreas como biología, química e incluso la astronomía.

Además, en diversos ámbitos industriales se han efectuado innovaciones basadas en los estudios elementales de la materia. De esta manera, se han desarrollado mecanismos con láseres, transistores y otros elementos tecnológicos importantes.

Las ciencias matemáticas y las distintas ramas de la física tienen una aplicación cada vez más relevante en carreras profesionales como Ingeniería Industrial. Si deseas adquirir conocimientos actualizados, debes comenzar a formarte en esta carrera y otros estudios especializados en la Universidad de San Sebastián, donde contamos con grandes beneficios educativos y una gran calidad de aprendizaje.

Origen de la física cuántica

El origen de la física cuántica se remonta a finales del siglo XIX, a partir de las observaciones experimentales de la física clásica. Uno de los avances más valiosos se relaciona con el descubrimiento de que la energía y la materia se pueden considerar como elementos discretos con un valor mínimo. Un ejemplo de ello son los fotones, que son elementos energéticos que componen la luz.

Los fotones mantienen una cantidad determinada de energía que no puede dividirse en subunidades menores. Estos elementos o paquetes son conocidos como los cuantos o “quantum”. A partir de comienzos de siglo XX, con el cambio de la percepción de la materia, se generaron nuevos conceptos y fundamentos sobre los átomos, definiendo estos como núcleos que se rodean de electrones y se mueven en un campo eléctrico.

En las primeras versiones de la cuántica, se definía este conjunto de partículas como un conjunto de electrones que orbitan alrededor del núcleo, de una forma similar al sistema solar. La física cuántica moderna postula que los electrones que rodean al núcleo se distribuyen en órbitas con características propias.

Los orbitales se reconocen como descripciones matemáticas que indican la probabilidad de que los electrones se encuentren en un determinado lugar de las órbitas, en un momento dado. La ubicación de los electrones en una u otra órbita depende de su nivel de energía, aunque estos nunca se encuentran entre los orbitales.

Conceptos centrales

La física cuántica se ha construido sobre las bases de algunos conceptos centrales como:

  • Dualidad onda-partícula: Se trata de un principio demuestra que la materia y la luz tienen propiedades tanto de partículas como de onda. Esto se ha dilucidado a través de una serie de experimentos. Hoy en día se entiende que los cambios de propiedades de la materia y la luz dependen de objetos cuánticos que son difíciles de conceptualizar.
  • Superposición: Este es un término que describe la combinación de múltiples estados de un objeto en un tiempo determinado. En el lenguaje matemático, los objetos en superposición se representan en ecuaciones que presentan más de una solución.
  • Principio de incertidumbre: En este concepto se establece que no es posible conocer dos propiedades de un objeto al mismo tiempo. Por ejemplo, la posición y velocidad de un electrón no pueden ser conocidos para un momento dado.
  • Enredo: Más que un concepto, se trata de un fenómeno en el que dos objetos separados se encuentran conectados en un mismo sistema. De esta manera, se hace posible conocer algunas propiedades de un objeto, si se tiene información sobre el estado del otro objeto.

Experimento de doble rendija

A principios del siglo XIX, el físico Thomas Young llevó a cabo un experimento conocido como el experimento de doble rendija. Este consistía en disparar partículas (fotones o electrones) a través de 2 rendijas, con el fin de demostrar que la luz se compone de ondas. Este es uno de los trabajos fundamentales en los que se ha basado la  física cuántica.

Dicho experimento ha sido replicado en muchas ocasiones, con el objetivo de demostrar que la materia también se comporta como onda. Además, el experimento de la doble rendija ha sido la base para demostrar los conceptos de superposición, entrelazamiento cuántico e incertidumbre.

La física cuántica se considera como una disciplina científica con gran complejidad, misterio e incluso algo de ilógica. Sin embargo, mediante dicha rama de estudio se han podido describir con precisión el mundo que nos rodea, desde sus partes elementales.

Los principios de esta rama han servido para generar nuevas tecnologías, así como para establecer procesos novedosos en diferentes campos de la ciencia y la sociedad. Estas son conocidas como tecnologías cuánticas que, al ser integradas con otras tecnologías, ofrecen soluciones futuristas que resolverán problemas en campos como la agricultura, farmacología, salud, educación, seguridad e incluso en el medio ambiente.

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