El estado cuántico

Y aquí estamos de nuevo. Cuanteando. Hoy, vamos a hablar de un concepto que nos va a ayudar mucho a desarrollar la intuición de mecánica cuántica. Vamos a explicar lo que es un estado cuántico, o lo que es lo mismo, a qué se refieren los físicos con eso de estar y no estar al mismo tiempo. Dicho como lo vamos a explicar hoy, suena mucho menos extraordinario. Tal vez éste artículo os desilusione, pero si habéis leído el resto y os paráis a pensar, la idea resulta del todo apasionante. Comencemos:

Vamos a diseñar un sistema cuántico sencillo. Para esto necesitaremos vuestra imaginación, y que coloquéis en ella una mesa con una caja grande encima. En la caja hay una moneda con cara y cruz, como todas las monedas. Les vamos a llamar caja 1 (C1) y moneda 1 (M1). La caja se puede abrir y cerrar para mirar la moneda. La moneda, como todo el mundo sabe, puede mostrar cara o puede mostrar cruz. Supongamos que ésta moneda nuestra es muy fina y no puede caer de canto, así que la moneda sólo puede mostrar cara o cruz. Abrimos la caja y miramos la moneda: muestra cara. Cerramos la caja.

La caja en cuestión representa nuestro sistema cuántico en estudio. Ahora es una caja, pero podría ser perfectamente un átomo de deuterio. No podemos ver el átomo, ni tampoco la moneda. Así que hemos de trabajar con información supuesta. Para ello hemos de definir la información que tenemos sobre la moneda: ¿Cómo está? Pues está mostrando cara. Lo sabemos porque lo hemos visto. A esto lo vamos a llamar así: M1= Cara. Es un estado de la moneda, y es un estado cierto. Bueno, ahora agitad la caja, y dejadla cerrada sobre la mesa. Sabemos que la moneda sólo puede mostrar cara o mostrar cruz, y sólo estará de una de esas dos maneras. Pero no podemos decir de cual. ¿Significa eso que no podemos definir el estado de la moneda? En absoluto, podemos decir que la moneda está ciertamente “agitada”. M1=Agitada.

Vaya chorrada, pensaréis, eso no es útil. Bueno tal vez, pero continuemos: abrimos la caja y vemos la moneda: Muestra cruz. Así que ahora la información sobre la moneda es M1=cruz. La cuestión es si M1=agitada=cruz. Y la respuesta es no. Y eso es un estado cuántico. Me explico. El estado cuántico, lo que define las partículas, no es cómo están las partículas de verdad, sino toda la información que disponemos sobre ellas. Que estén de una forma u otra es otro asunto (ya hablaremos de eso). Pero el estado de la moneda puede ser M1=cara, M1=cruz, o M1=agitada. O lo que es lo mismo, o es cara, o es cruz, o no es ninguna de las dos cosas. ¿Sí? Pues tampoco. Jaja. No. Si agitamos la caja, la moneda no está “en un estado que no es ni cara ni cruz” está en el estado “agitada”. “Agitada” es un estado de la moneda, pero no es una exclusión de estados, sino el estado en sí. El átomo de deuterio está en un estado “agitado”, igual que la moneda. Porque las partículas, a diferencia de las monedas, tienen muchas más posibilidades.

Imaginaos que metemos un duendecillo en la caja y la cerramos, acto seguido salimos de la habitación, y nos vamos a tomar café. El duendecillo que hemos metido en la caja es muy rarito y no puede soportar que la moneda muestre cara, y cuando así pasa, se enfada y se pone a saltar, con lo que la caja se agita, y la moneda con ella. Si la moneda muestra cara de nuevo, el leprechaun seguirá enfadado y seguirá agitando la caja. Mientras tomamos café, intentamos definir el estado de la moneda y concluimos que la moneda no está siendo “cara” ni “cruz” ni “agitada” porque si sale cruz, dejará de estar “agitada”, así que decidimos escribir el estado de la moneda así: M1=[cruz+(M1’=agitada)]. Y éste tercer estado define ahora toda la información que tenemos sobre el sistema. Ese es el estado cuántico de la moneda.

Volvamos a nuestro átomo de deuterio. Digamos que el átomo tiene un electrón girando a su alrededor, o en alguna parte cerca, eso seguro. Definimos éste estado del electrón como E=orbitando. Pero cabe la posibilidad de que por éstas, el electrón se salga de su sitio y abandone el núcleo. Sabemos que eso pasa un cincuenta por ciento de las veces que el electrón da una vuelta al núcleo, pero cuando pasa, ya no puede volver a pasar, porque el átomo sólo tiene un electrón. Definamos el estado del electrón: Está, como nuestra moneda, E=[orbitando+(E’=lejos)]. Y eso es un estado cierto.

Esto perturbaba en exceso a físicos como Schrödinger, que criticó mucho ésta explicación mediante su famoso gato en la caja. Pero eso ya es otra historia, y lo veremos en próximos artículos, así como la forma real de expresar un estado cuántico. A vosotros, ¿os ha perturbado? ¿Lo habéis entendido? Preguntad, preguntad, intentaremos contestaros.

 

6 opiniones en “El estado cuántico”

  1. Hola, me gusto mucho el artículo. Pero me ha quedado una duda. ¿El concepto de estados en cuántica es la posición actual del evento del objeto?
    Y cuando se hace esta expresión: M1=[cruz+(M1’=agitada)].
    ¿Se refiere a que M1 como estado, es igual a el estado cruz mas el estado M1 prima (que es igual a el estado agitado?

    ??

  2. La mecánica cuántica si que es compleja… Ahora, quiero salir una duda.
    Entonces nunca podremos saber el estado real de una «moneda»? Solamente podemos definirla al verla, pero en realidad no podemos definirla como «cruz» (por ejemplo) por que estaríamos descartando los otros estados? Y en que estado está realmente la moneda? Disculpa si son muchas preguntas pero se me vinieron a la cabeza..
    Ah, y como explicaría el M1=[cruz+(M1’=agitada)].. No entendí muy bien eso! Gracias.

  3. Entonces el estado cuántico es justamente la forma en que están las cosas; Buscaba esto para entender el principio de exclusión de PAULI, y ya lo hice. Este dice que en un átomo dos electrones no pueden estar en el mismo estado cuántico, es decir en la misma forma.
    Por páginas como esta, gente como yo saca 20 en sus trabajos.
    ¡Gracias!

  4. Mmmm.. Entonces para tener un estado cuántico de alguna partícula primero tienes que experimentar y deacuerdo con el resultado lo obtienes??

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