XIV. EVOLUCIN DE LA TEORA CUNTICA

CON SUSinvestigaciones sobre los espectros atmicos y su planteamiento del problema del cuerpo negro, Kirchhoff prepar el entierro de la fsica clsica, la basada en las leyes de Newton y Maxwell, y abri la puerta a una nueva fsica, la fsica cuntica, vigente hasta nuestros das.La teora cuntica avanza en saltos bien definidos y en treinta aos se convierte en la firme base de la fsica moderna. Con su ayuda podemos contestar a preguntas tan variadas como por qu hay algunos materiales que son conductores y otros que son aislantes?, o podra haber en la Tierra una montaa muchsimo ms alta que el Monte Everest?, as como otras muchas que nos explican el comportamiento de la materia en bulto; tambin podemos abordar cuestiones ms fundamentales, que van desde las reacciones qumicas hasta aquellas que tienen lugar en el Sol y lo proveen de energa, o llegar a entender la constitucin del ncleo de los tomos, o incluso formular una imagen de los entes ms fundamentales, las llamadas partculas elementales.Los saltos cruciales para establecer la fsica cuntica se debieron al trabajo de un puado de cientficos. Max Planck, en la Navidad de 1900, propuso la existencia del "cuanto" para resolver la catstrofe ultravioleta; vino luego Einstein, quien en 1905 (el mismo ao en que postul el principio de relatividad y entendi el movimiento browniano) explic el efecto fotoelctrico, para lo cual supuso que la luz est formada por corpsculos, que se llaman fotones; Niels Bohr, fsico dans cuyo centenario celebramos en 1985 aplic en 1913 las ideas cunticas para entender el espectro del tomo de hidrgeno, en particular la serie de Balmer; el fsico y noble francs Louis de Broglie propuso en 1923 que a toda partcula debe asociarse una onda, cuya longitud de onda es inversamente proporcional a su velocidad; finalmente, en 1924, Erwin Schrdinger, austriaco, desarroll la mecnica ondulatoria y estableci su ecuacin, y Werner Heisenberg, alemn, cre la llamada mecnica de matrices y postul el fundamental principio de incertidumbre. Con la interpretacin probabilstica de la mecnica cuntica, sugerida por Max Born, la formulacin del principio de exclusin por Wolfgang Pauli en 1925, y los intentos de Dirac para unir la nueva mecnica con la teora especial de la relatividad, la concepcin cuntica de la naturaleza quedara esencialmente completa y lista para ser aplicada a una casi inimaginable variedad de fenmenos. Veamos ahora en detalle la historia de estos saltos cunticos, empezando por el principio.La Teora Cuntica, una aproximacin al universo probableEs un conjunto de nuevas ideas que explican procesos incomprensibles para la fsica de los objetos

La Teora Cuntica es uno de los pilares fundamentales de la Fsica actual. Recoge un conjunto de nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX para dar explicacin a procesos cuya comprensin se hallaba en conflicto con las concepciones fsicas vigentes. Su marco de aplicacin se limita, casi exclusivamente, a los niveles atmico, subatmico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero tambin lo es en otros mbitos, como la electrnica, en la fsica de nuevos materiales, en la fsica de altas energas, en el diseo de instrumentacin mdica, en la criptografa y la computacin cunticas, y en la Cosmologa terica del Universo temprano. La Teora Cuntica es una teora netamente probabilista: describe la probabilidad de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, sin especificar cundo ocurrir. A diferencia de lo que ocurre en la Fsica Clsica, en la Teora Cuntica la probabilidad posee un valor objetivo esencial, y no se halla supeditada al estado de conocimiento del sujeto, sino que, en cierto modo, lo determina. Por Mario Toboso.

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La Teora Cuntica es uno de los pilares fundamentales de la Fsica actual. Se trata de una teora que rene un formalismo matemtico y conceptual, y recoge un conjunto de nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX, para dar explicacin a procesos cuya comprensin se hallaba en conflicto con las concepciones fsicas vigentes.

Las ideas que sustentan la Teora Cuntica surgieron, pues, como alternativa al tratar de explicar el comportamiento de sistemas en los que el aparato conceptual de la Fsica Clsica se mostraba insuficiente. Es decir, una serie de observaciones empricas cuya explicacin no era abordable a travs de los mtodos existentes, propici la aparicin de las nuevas ideas.

Hay que destacar el fuerte enfrentamiento que surgi entre las ideas de la Fsica Cuntica, y aqullas vlidas hasta entonces, digamos de la Fsica Clsica. Lo cual se agudiza an ms si se tiene en cuenta el notable xito experimental que stas haban mostrado a lo largo del siglo XIX, apoyndose bsicamente en lamecnicade Newton y lateora electromagnticade Maxwell (1865).

Dos nubecillas

Era tal el grado de satisfaccin de la comunidad cientfica que algunos fsicos, entre ellos uno de los ms ilustres del siglo XIX, William Thompson (Lord Kelvin), lleg a afirmar:

Hoy da la Fsica forma, esencialmente, un conjunto perfectamente armonioso, un conjunto prcticamente acabado! ... Aun quedan dos nubecillas que oscurecen el esplendor de este conjunto. La primera es el resultado negativo del experimento de Michelson-Morley. La segunda, las profundas discrepancias entre la experiencia y la Ley de Rayleigh-Jeans.

La disipacin de la primera de esas dos nubecillas condujo a la creacin de laTeora Especial de la Relatividadpor Einstein (1905), es decir, al hundimiento de los conceptos absolutos de espacio y tiempo, propios de la mecnica de Newton, y a la introduccin del relativismo en la descripcin fsica de la realidad. La segunda nubecilla descarg la tormenta de las primeras ideas cunticas, debidas al fsico alemn Max Planck (1900).

El origen de la Teora Cuntica

Qu pretenda explicar, de manera tan poco afortunada, la Ley de Rayleigh-Jeans (1899)? Un fenmeno fsico denominadoradiacin del cuerpo negro, es decir, el proceso que describe la interaccin entre la materia y la radiacin, el modo en que la materia intercambia energa, emitindola o absorbindola, con una fuente de radiacin. Pero adems de la Ley de Rayleigh-Jeans haba otra ley, la Ley de Wien (1893), que pretenda tambin explicar el mismo fenmeno.

La Ley de Wien daba una explicacin experimental correcta si la frecuencia de la radiacin es alta, pero fallaba para frecuencias bajas. Por su parte, la Ley de Rayleigh-Jeans daba una explicacin experimental correcta si la frecuencia de la radiacin es baja, pero fallaba para frecuencias altas.

La frecuencia es una de las caractersticas que definen la radiacin, y en general cualquier fenmeno en el que intervengan ondas. Puede interpretarse la frecuencia como el nmero de oscilaciones por unidad de tiempo. Toda la gama de posibles frecuencias para una radiacin en la Naturaleza se hallan contenidas en elespectro electromagntico, el cual, segn el valor de la frecuencia elegida determina un tipo u otro de radiacin.

En 1900, Max Planck puso la primera piedra del edificio de la Teora Cuntica. Postul una ley (laLey de Planckque explicaba de manera unificada la radiacin del cuerpo negro, a travs de todo el espectro de frecuencias.

La hiptesis de Planck

Qu aportaba la ley de Planck que no se hallase ya implcito en las leyes de Wien y de Rayleigh-Jeans? Un ingrediente tan importante como novedoso. Tanto que es el responsable de la primera gran crisis provocada por la Teora Cuntica sobre el marco conceptual de la Fsica Clsica. sta supona que el intercambio de energa entre la radiacin y la materia ocurra a travs de un proceso continuo, es decir, una radiacin de frecuencia f poda ceder cualquier cantidad de energa al ser absorbida por la materia.

Lo que postul Planck al introducir su ley es que la nica manera de obtener una frmula experimentalmente correcta exiga la novedosa y atrevida suposicin de que dicho intercambio de energa deba suceder de una manera discontinua, es decir, a travs de la emisin y absorcin de cantidades discretas de energa, que hoy denominamos quantums de radiacin. La cantidad de energa E propia de un quantum de radiacin de frecuencia f se obtiene mediante la relacin de Planck: E = h x f, siendo h laconstante universal de Planck= 662 x 10 (expo-34) (unidades de accin).

Puede entenderse la relacin de Planck diciendo que cualquier radiacin de frecuencia f se comporta como una corriente de partculas, los quantums, cada una de ellas transportando una energa E = h x f, que pueden ser emitidas o absorbidas por la materia.

La hiptesis de Planck otorga un carcter corpuscular, material, a un fenmeno tradicionalmente ondulatorio, como la radiacin. Pero lo que ser ms importante, supone el paso de una concepcin continuista de la Naturaleza a una discontinuista, que se pone especialmente de manifiesto en el estudio de la estructura de los tomos, en los que los electrones slo pueden tener un conjunto discreto y discontinuo de valores de energa.

La hiptesis de Planck qued confirmada experimentalmente, no slo en el proceso de radiacin del cuerpo negro, a raz de cuya explicacin surgi, sino tambin en las explicaciones delefecto fotoelctrico, debida a Einstein (1905), y delefecto Compton, debida a Arthur Compton (1923).

Marco de aplicacin de la Teora Cuntica

El marco de aplicacin de la Teora Cuntica se limita, casi exclusivamente, a los niveles atmico, subatmico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero tambin lo es en otros mbitos, como la electrnica (en el diseo de transistores, microprocesadores y todo tipo de componentes electrnicos), en la fsica de nuevos materiales, (semiconductores y superconductores), en la fsica de altas energas, en el diseo de instrumentacin mdica (lseres, tomgrafos, etc.), en la criptografa y la computacin cunticas, y en la Cosmologa terica del Universo temprano. De manera que la Teora Cuntica se extiende con xito a contextos muy diferentes, lo que refuerza su validez.

Pero, por qu falla la teora clsica en su intento de explicar los fenmenos del micromundo? No se trata al fin y al cabo de una simple diferencia de escalas entre lo grande y lo pequeo, relativa al tamao de los sistemas? La respuesta es negativa. Pensemos que no siempre resulta posible modelar un mismo sistema a diferentes escalas para estudiar sus propiedades.

Para ver que la variacin de escalas es un proceso con ciertas limitaciones intrnsecas, supongamos que queremos realizar estudios hidrodinmicos relativos al movimiento de corrientes marinas. En determinadas condiciones, podramos realizar un modelo a escala lo suficientemente completo, que no dejase fuera factores esenciales del fenmeno. A efectos prcticos una reduccin de escala puede resultar lo suficientemente descriptiva.

Pero si reducimos la escala de manera reiterada pasaremos sucesivamente por situaciones que se correspondern en menor medida con el caso real. Hasta llegar finalmente a la propia esencia de la materia sometida a estudio, la molcula de agua, que obviamente no admite un tratamiento hidrodinmico, y habremos de acudir a otro tipo de teora, una teora de tipo molecular. Es decir, en las sucesivas reducciones de escala se han ido perdiendo efectos y procesos generados por el aglutinamiento de las molculas.

De manera similar, puede pensarse que una de las razones por las que la Fsica Clsica no es aplicable a los fenmenos atmicos, es que hemos reducido la escala hasta llegar a un mbito de la realidad demasiado esencial y se hace necesario, al igual que en el ejemplo anterior, un cambio de teora. Y de hecho, as sucede: la Teora Cuntica estudia los aspectos ltimos de la substancia, los constituyentes ms esenciales de la materia (las denominadas partculas elementales) y la propia naturaleza de la radiacin.

Albert EinsteinCundo entra en juego la Teora Cuntica

Debemos asumir, pues, el carcter absoluto de la pequeez de los sistemas a los que se aplica la Teora Cuntica. Es decir, la cualidad pequeo o cuntico deja de ser relativa al tamao del sistema, y adquiere un carcter absoluto. Y qu nos indica si un sistema debe ser considerado pequeo, y estudiado por medio de la Teora Cuntica? Hay una regla, un patrn de medida que se encarga de esto, pero no se trata de una regla calibrada en unidades de longitud, sino en unidades de otra magnitud fsica importante denominada accin.

La accin es una magnitud fsica, al igual que lo son la longitud, el tiempo, la velocidad, la energa, la temperatura, la potencia, la corriente elctrica, la fuerza, etc., aunque menos conocida. Y al igual que la temperatura indica la cualidad de fro o caliente del sistema, y la velocidad su cualidad de reposo o movimiento, la accin indica la cualidad de pequeo (cuntico) o grande (clsico) del sistema. Como la energa, o una longitud, todo sistema posee tambin una accin que lo caracteriza.

Esta accin caracterstica, A, se obtiene de la siguiente multiplicacin de magnitudes: A = P x L, donde P representa lacantidad de movimientocaracterstica del sistema (el producto de su masa por su velocidad) y L su longitud caracterstica. La unidad de esa regla que mencionbamos, con la que medimos la accin de los sistemas, es la constante de Planck, h. Si el valor de la accin caracterstica del sistema es del orden de la constante de Planck deberemos utilizar necesariamente la Teora Cuntica a la hora de estudiarlo.

Al contrario, si h es muy pequea comparada con la accin tpica del sistema podremos estudiarlo a travs de los mtodos de la teora clsica. Es decir: Si A es del orden de h debemos estudiar el sistema segn la Teora Cuntica. Si A es mucho mayor que h, podemos estudiarlo por medio de la Fsica Clsica.

Dos ejemplos: partculas y planetas

Veamos dos ejemplos de accin caracterstica en dos sistemas diferentes, aunque anlogos:

1.El electrn orbitando en torno al ncleo en el nivel ms bajo de energa del tomo de hidrgeno.

Vamos a calcular el orden de magnitud del producto P x L. P representa el producto de la masa del electrn por su velocidad orbital, esto es P = 10 (exp-31) (masa) x 10 (exp 6) (velocidad) = 10 (exp-25) (cantidad de movimiento). El valor caracterstico de L corresponde al radio de la rbita, esto es, L = 10 (expo-10) (longitud). Realizamos ahora el producto P x L para hallar la magnitud de la accin caracterstica asociada a este proceso: A1 = Px L = 10 (expo-25) x 10 (expo-10) = 10 (expo-35) (accin).

2.El planeta Jpiter orbitando en torno al Sol (consideramos la rbita circular, para simplificar).

Para este segundo ejemplo, realizamos clculos anlogos a los anteriores. Primeramente la cantidad de movimiento P, multiplicando la masa de Jpiter por su velocidad orbital: P = 10 (expo 26) (masa) x 10 (expo 4) (velocidad) = 10 (expo 30) (cantidad de movimiento). Igualmente, la longitud caracterstica ser la distancia orbital media: L = 10 (expo 11) (longitud). La magnitud de la accin caracterstica en este segundo caso ser: A2 = 10 (expo 30) x 10 (expo 11) = 10 (expo 41) (accin).

Si comparamos estos dos resultados con el orden de magnitud de la constante de Planck tenemos:

h = 10 (expo-34)A1 = 10 (expo -35)A2 = 10 (expo 41)

Vemos que para el caso 1 (electrn orbitando en un tomo de hidrgeno) la proximidad en los rdenes de magnitud sugiere un tratamiento cuntico del sistema, que debe estimarse como pequeo en el sentido que indicbamos anteriormente, en trminos de la constante de Planck, considerada como patrn de medida. Al contrario, entre el caso 2 (Jpiter en rbita en torno al Sol) y la constante de Planck hay una diferencia de 75 rdenes de magnitud, lo que indica que el sistema es manifiestamente grande, medido en unidades de h, y no requiere un estudio basado en la Teora Cuntica.

La constante de Planck tiene un valor muy, muy pequeo. Vemoslo explcitamente:

h = 0 000000000000000000000000000000000662 (unidades de accin)

El primer dgito diferente de cero aparece en la trigsimo cuarta cifra decimal. La pequeez extrema de h provoca que no resulte fcil descubrir los aspectos cunticos de la realidad, que permanecieron ocultos a la Fsica hasta el siglo XX. All donde no sea necesaria la Teora Cuntica, la teora clsica ofrece descripciones suficientemente exactas de los procesos, como en el caso del movimiento de los planetas, segn acabamos de ver.

Breve cronologa de la Teora Cuntica

1900.Hiptesis cuntica de Planck (Premio Nobel de Fsica, 1918). Carcter corpuscular de la radiacin.

1905.Einstein (Premio Nobel de Fsica, 1921) explica el efecto fotoelctrico aplicando la hiptesis de Planck.

1911.Experimentos de Rutherford, que establecen elmodelo planetariotomo, con ncleo (protones) y rbitas externas (electrones).

1913.Modelo atmico de Niels Bohr(Premio Nobel de Fsica, 1922). Tiene en cuenta los resultados de Rutherford, pero aade adems la hiptesis cuntica de Planck. Una caracterstica esencial del modelo de Bohr es que los electrones pueden ocupar slo un conjunto discontinuo de rbitas y niveles de energa.

1923.Arthrur Comptom (Premio Nobel de Fsica, 1927) presenta una nueva verificacin de la hiptesis de Planck, a travs de la explicacin del efecto que lleva su nombre.

1924.Hiptesis de De Broglie(Premio Nobel de Fsica, 1929). Asocia a cada partcula material una onda, de manera complementaria a cmo la hiptesis de Planck dota de propiedades corpusculares a la radiacin.

1925.Werner Heisenberg (Premio Nobel de Fsica, 1932) plantea un formalismo matemtico que permite calcular las magnitudes experimentales asociadas a los estados cunticos.

1926.Erwin Schrdinger (Premio Nobel de Fsica, 1933) plantea la ecuacin ondulatoria cuyas soluciones son las ondas postuladas tericamente por De Broglie en 1924.

1927.V Congreso Solvay de Fsica, dedicado al tema Electrones y fotones. En l se produce el debate entre Einstein y Bohr, como defensores de posturas antagnicas, sobre los problemas interpretativos que plantea la Teora Cuntica.

1928.Experimentos de difraccin de partculas (electrones) que confirman la hiptesis de de Broglie, referente a las propiedades ondulatorias asociadas a las partculas. El fenmeno de difraccin es propio de las ondas.

1932.Aparicin del trabajo de fundamentacin de la Teora Cuntica elaborado por el matemtico Jon von Neumann.

Aspectos esencialmente novedosos de la Teora Cuntica

Los aspectos esencialmente novedosos (no clsicos) que se derivan de la Teora Cuntica son:

a) Carcter corpuscular de la radiacin (Hiptesis de Planck).

b) Aspecto ondulatorio de las partculas (Hiptesis de Broglie).

c) Existencia de magnitudes fsicas cuyo espectro de valores es discontinuo. Por ejemplo los niveles de energa del tomo de hidrgeno (Modelo atmico de Bohr).

Implicaciones de a): carcter corpuscular de la radiacin.

Tradicionalmente se haba venido considerando la radiacin como un fenmeno ondulatorio. Pero la hiptesis de Planck la considera como una corriente de partculas, quantums. Qu naturaleza tiene, entonces, la radiacin: ondulatoria o corpuscular? Las dos. Manifiesta un carcter marcadamente dual. Se trata de aspectos que dentro del formalismo cuntico no se excluyen, y se integran en el concepto de quantum.

El quantum de radiacin puede manifestar propiedades tanto corpusculares como ondulatorias, segn el valor de la frecuencia de la radiacin. Para valores altos de la frecuencia (en la regin gamma del espectro) predomina el carcter corpuscular. En tanto que para frecuencias bajas (en la regin del espectro que describe las ondas de radio) predomina el aspecto ondulatorio.

Implicaciones de b): carcter ondulatorio de las partculas.

Se comprob en experimentos de difraccin de electrones y neutrones. Lo que ponen de manifiesto estos experimentos es que una clase de onda acompaa el movimiento de las partculas como responsable del fenmeno de difraccin. De manera que nuevamente tenemos un ejemplo dedualidadentre las propiedades corpusculares y ondulatorias, asociadas en este caso a las partculas.

Pero la aparicin del fenmeno ondulatorio no se produce nicamente a nivel microscpico, tambin se manifiesta para objetos macroscpicos, aunque en este caso la onda asociada tiene una longitud de onda tan pequea que en la prctica es inapreciable y resulta imposible la realizacin de un experimento de difraccin que la ponga de manifiesto.

Implicaciones de c): existencia de magnitudes fsicas discontinuas.

Pone de manifiesto el carcter intrnsecamente discontinuo de la Naturaleza, lo que se evidencia, como ejemplo ms notable, en el espectro de energa de los tomos. A partir de la existencia de estas discontinuidades energticas se explica la estabilidad de la materia.

Dios no juega a los dados...Un ejemplo concreto

Analicemos para el caso del tomo de hidrgeno, segn el modelo de Bohr, cmo se conjugan estos tres supuestos cunticos anteriores, a), b) y c). El tomo de hidrgeno se entiende como un sistema estable formado por un electrn y un protn. El electrn puede hallarse en un conjunto infinito, pero discontinuo de niveles de energa [supuesto c)].

Para pasar de un nivel a otro, el electrn debe absorber o emitir un quantum discreto de radiacin [supuesto a)] cuya energa sea igual a la diferencia de energa entre esos niveles. Los niveles posibles de energa de los electrones se representan matemticamente por funciones ondulatorias [supuesto b)], denominadas funciones de estado, que caracterizan el estado fsico del electrn en el nivel de energa correspondiente.

Para conocer el valor experimental de cualquier propiedad referente a la partcula debe preguntarse a su funcin de estado asociada. Es decir, dicha funcin constituye un tipo de representacin del estado fsico, tal que el estado del electrn en el n-simo nivel de energa es descrito por la n-sima funcin de estado.

La funcin de onda

La descripcin ms general del estado del electrn del tomo de hidrgeno viene dada por la superposicin de diferentes funciones de estado. Tal superposicin es conocida como funcin de onda. La superposicin de estados posibles es tpica de la Teora Cuntica, y no se presenta en las descripciones basadas en la Fsica Clsica.

En esta ltima, los estados posibles nunca se superponen, sino que se muestran directamente como propiedades reales atribuibles al estado del sistema. Al contrario, especificar el estado del sistema en la Teora Cuntica implica tomar en consideracin la superposicin de todos sus estados posibles. Las funciones de onda no son ondas asociadas a la propagacin de ningn campo fsico (elctrico, magntico, etc.), sino representaciones que permiten caracterizar matemticamente los estados de las partculas a que se asocian.

El fsico alemn Max Born ofreci la primera interpretacin fsica de las funciones de onda, segn la cual el cuadrado de su amplitud es una medida de la probabilidad de hallar la partcula asociada en un determinado punto del espacio en un cierto instante. Aqu se manifiesta un hecho que se repetir a lo largo del desarrollo de la Teora Cuntica, y es la aparicin de la probabilidad como componente esencial de la gran mayora de los anlisis.

La probabilidad en la Teora Cuntica

La Teora Cuntica es una teora netamente probabilista. Nos habla de la probabilidad de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, no de cundo ocurrir ciertamente el suceso en cuestin. La importancia de la probabilidad dentro de su formalismo supuso el punto principal de conflicto entre Einstein y Bohr en el V Congreso Solvay de Fsica de 1927.

Einstein argumentaba que la fuerte presencia de la probabilidad en la Teora Cuntica haca de ella una teora incompleta reemplazable por una hipottica teora mejor, carente de predicciones probabilistas, y por lo tantodeterminista. Acu esta opinin en su ya famosa frase, Dios no juega a los dados con el Universo.

La postura de Einstein se basa en que el papel asignado a la probabilidad en la Teora Cuntica es muy distinto del que desempea en la Fsica Clsica. En sta, la probabilidad se considera como una medida de la ignorancia del sujeto, por falta de informacin, sobre algunas propiedades del sistema sometido a estudio. Podramos hablar, entonces, de un valor subjetivo de la probabilidad. Pero en la Teora Cuntica la probabilidad posee un valor objetivo esencial, y no se halla supeditada al estado de conocimiento del sujeto, sino que, en cierto modo, lo determina.

En opinin de Einstein, habra que completar la Teora Cuntica introduciendo en su formalismo un conjunto adicional de elementos de realidad (a los que se denomin variables ocultas), supuestamente obviados por la teora, que al ser tenidos en cuenta aportaran la informacin faltante que convertira sus predicciones probabilistas en predicciones deterministas.

Teora CunticaLa fsica cuntica, tambin conocida como mecnica ondulatoria, es la rama de la fsica que estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de sta son tan pequeas, en torno a 1.000 tomos, que empiezan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posicin de una partcula, o su energa, o conocer simultneamente su posicin y velocidad, sin afectar a la propia partcula (descrito segn el principio de incertidumbre de Heisenberg).Surgi a lo largo de la primera mitad del siglo XX en respuesta a los problemas que no podan ser resueltos por medio de la fsica clsica.

Los dos pilares de esta teora son: Las partculas intercambian energa en mltiplos enteros de una cantidad mnima posible, denominado quantum (cuanto) de energa. La posicin de las partculas viene definida por una funcin que describe la probabilidad de que dicha partcula se halle en tal posicin en ese instanteRatificacin ExperimentalEl hecho de que la energa se intercambie de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales, inexplicables con las herramientas de la mecnica clsica, como los siguientes:

Segn la Fsica Clsica, la energa radiada por un cuerpo negro, objeto que absorbe toda la energa que incide sobre l, era infinita, lo que era un desastre. Esto lo resolvi Max Plank mediante la cuantizacin de la energa, es decir, el cuerpo negro tomaba valores discretos de energa cuyos paquetes mnimos denomin quantum. Este clculo era, adems, consistente con la ley de Wien (que es un resultado de la termodinmica, y por ello independiente de los detalles del modelo empleado). Segn esta ltima ley, todo cuerpo negro irradia con unalongitud de onda(energa) que depende de su temperatura.La dualidad onda corpsculo, tambin llamada onda partcula, resolvi una aparente paradoja, demostrando que la luz y la materia pueden, a la vez, poseer propiedades de partcula y propiedades ondulatorias. Actualmente se considera que la dualidad onda - partcula es un "concepto de la mecnica cuntica segn el cual no hay diferencias fundamentales entre partculas y ondas: las partculas pueden comportarse como ondas y viceversa".El tamao medio de un tomo es de una diez millonsima de milmetro, es decir, un milln de tomos situados en fila constituiran el grosor de un cabello humano

Aplicaciones de la Teora CunticaEl marco de aplicacin de la Teora Cuntica se limita, casi exclusivamente, a los niveles atmico, subatmico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero tambin lo es en otros mbitos, como la electrnica (en el diseo de transistores, microprocesadores y todo tipo de componentes electrnicos), en la fsica de nuevos materiales, (semiconductores y superconductores), en la fsica de altas energas, en el diseo de instrumentacin mdica (lseres, tomgrafos, etc.), en la criptografa y la computacin cunticas, y en la Cosmologa terica del Universo temprano.Un nuevo concepto de informacin, basado en la naturaleza cuntica de las partculas elementales, abre posibilidades inditas al procesamiento de datos. La nueva unidad de informacin es el qubit (quantum bit), que representa la superposicin de 1 y 0, una cualidad imposible en el universo clsico que impulsa una criptografa indescifrable, detectando, a su vez, sin esfuerzo, la presencia de terceros que intentaran adentrarse en el sistema de transmisin. La otra gran aplicacin de este nuevo tipo de informacin se concreta en la posibilidad de construir un ordenador cuntico, que necesita de una tecnologa ms avanzada que la criptografa, en la que ya se trabaja, por lo que su desarrollo se prev para un futuro ms lejano.

La teleportacin de hombres, aunque en un futuro lejano, es una de las aplicaciones ms atractivas de la mecnica cunticaEn la medicina, la teora cuntica es utilizada en campos tan diversos como la ciruga lser, o la exploracin radiolgica. En el primero, son utilizados los sistemas lser, que aprovechan la cuantificancin energtica de los orbitales nucleares para producir luz monocromtica, entre otras caracterstcias. En el segundo, la resonancia magntica nuclear permite visualizar la forma de de algunos tejidos al ser dirigidos los electrones de algunas sustancias corporales hacia la fuente del campo magntico en la que se ha introducido al paciente.Otra de las aplicaciones de la mecnica cuntica es la que tiene que ver con su propiedad inherente de la probabilidad. La Teora Cuntica nos habla de la probabilidad de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, no de cundo ocurrir ciertamente el suceso en cuestin.

Cualquier suceso, por muy irreal que parezca, posee una probabilidad de que suceda, como el hecho de que al lanzar una pelota contra una pared sta pueda traspasarla. Aunque la probabilidad de que esto sucediese sera infinitamente pequea, podra ocurrir perfectamente.La teleportacin de los estados cunticos (qubits) es una de las aplicaciones ms innovadoras de la probabilidad cuntica, si bien parecen existir limitaciones importantes a lo que se puede conseguir en principio con dichas tcnicas. En 2001, un equipo suizo logr teleportar un fotn una distancia de 2 km, posteriormente, uno austriaco logr hacerlo con un rayo de luz (conjunto de fotones) a una distancia de 600 m., y lo ltimo ha sido teleportar un tomo, que ya posee masa, a 5 micras de distancia...

Fuenteshttp://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/11/htm/ilusion.htmhttp://www.tendencias21.net/La-Teoria-Cuantica-cuestiona-la-naturaleza-de-la-realidad_a1001.htmlhttp://www.cienciapopular.com/n/Ciencia/Fisica_Cuantica/Fisica_Cuantica.php