Cien años de cuántica
J. Manuel Recio Muñiz y Ángel Martín Pendás son catedráticos de Química Física de la Universidad de Oviedo
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1925 es el año de referencia para señalar el inicio de una revolución sin precedentes en el conocimiento y en el saber humanos. Esta revolución ha marcado la Ciencia y la Tecnología de los últimos cien años. El paradigma científico que dominaba la comprensión de la Naturaleza en el siglo XIX se tambaleó durante el primer cuarto del siglo XX, cuando la Mecánica Clásica de Newton y las leyes del electromagnetismo de Maxwell no pudieron dar cuenta de los resultados experimentales que iban apareciendo en los laboratorios a medida que transcurrían los primeros años del siglo que entraba. Con la aceptación de la teoría atómico-molecular de la materia, que en palabras del Premio Nobel Richard Feynman es la más importante de la historia del conocimiento humano, los intereses de muchos científicos y pensadores se dirigieron a este nuevo mundo microscópico que se abría ante ellos. Con la ayuda de nuevos equipamientos para escudriñar lo invisible quedaron en evidencia las limitaciones de las teorías científicas imperantes y la necesidad de un nuevo paradigma. Una verdadera revolución científica llamaba a las puertas con el nombre de Mecánica Cuántica.
[–>[–>[–>Su impacto ha sido tan brutal como desconocido para el gran público. Vamos a poner dos ejemplos del día a día. Uno en el campo tecnológico y otro en el de la salud. En el primero basta con mencionar que en la Mecánica Cuántica, la luz, entendida clásicamente como radiación electromagnética ondulatoria, se concibe de un modo diametralmente diferente, constituida por paquetes individuales denominados fotones, que se emiten, propagan y absorben. Estos tres procesos están presentes en muchos de los dispositivos que utilizamos cotidianamente, desde el calentamiento de alimentos en el microondas, la transmisión de información por bluetooth entre móviles o el pago sin contacto, hasta la iluminación masiva con bombillas LED o el aprovechamiento energético efectivo de los paneles solares. Es la nueva concepción cuántica de la luz la que ha conducido a estas aplicaciones sin las cuales ya difícilmente podemos vivir.
[–> [–>[–>Hay muchas más en el mundo tecnológico de los materiales. Gracias a la Mecánica Cuántica hemos podido describir los niveles energéticos de materiales como el silicio, y así dominar sus sutiles propiedades eléctricas. Hoy en día, este elemento químico es la base de los componentes básicos de los millones de teléfonos móviles, ordenadores portátiles, infraestructuras de computación y comunicación, etc., que permiten la existencia de internet y nuestro modo de vida.
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Y en el campo de la salud el impacto de la Mecánica Cuántica ha sido y es transcendental. Comenzó con un cambio de paradigma, cuando las ciencias biomédicas decidieron aplicar el llamado criterio microscópico. Al usarlo, entendemos el comportamiento que observamos con nuestros sentidos en términos de las interacciones entre átomos y moléculas. Este enfoque —el criterio microscópico— nos obliga a abandonar las explicaciones meramente fenoménicas o macroscópicas (el órgano enfermo, el síntoma, la masa visible de células tumorales) y nos lleva a indagar la raíz del problema: la estructura interna de las células, las biomoléculas que las componen, la arquitectura de su ADN, las proteínas clave de sus mecanismos celulares, las mutaciones, las rutas metabólicas, los enlaces químicos que se forman o rompen. Gracias a la Mecánica Cuántica y al desarrollo de la Química y la Biología Molecular, disponemos hoy de herramientas teóricas y experimentales que nos permiten explicar cómo una variación microscópica, fruto de una mutación o un desajuste en un ensamblaje molecular, puede desencadenar una reacción en cadena que termine provocando una enfermedad.
[–>[–>[–>La elaboración racional de fármacos —pensemos en las quimioterapias dirigidas o en el diseño de moléculas activas personalizadas— descansa hoy en ese conocimiento. Los investigadores diseñan moléculas que encajan como llaves en cerraduras: moléculas cuyo tamaño, forma y distribución de sus electrones les permiten unirse con precisión a una diana celular (una proteína, un receptor, una enzima), alterando su función o inhibiendo un proceso indeseado. El éxito o fracaso de un tratamiento ya no depende solo de lo que vemos a simple vista, sino de lo que sucede a nivel atómico, de cómo interactúan electrones, átomos, moléculas.
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Todos estos avances tecnológicos y biomédicos están construidos sobre los hombros de los gigantes que revolucionaron la Ciencia del primer cuarto del siglo pasado. ¡Qué menos que citar a alguno de estos científicos! A los que llamaríamos titulares indiscutibles: Max Planck (radiación del cuerpo negro 1900), Albert Einstein (efecto fotoeléctrico, 1905), Niels Bohr (átomo de hidrógeno, 1913), Louis de Broglie (dualidad onda-corpúsculo, 1924), Werner Heisenberg (principio de incertidumbre, 1925), Wolfgang Pauli (principio de exclusión, 1925), Erwin Schrödinger (ecuación de ondas, 1926), Paul Dirac (ecuación de ondas relativista, 1928). La formulación de la Mecánica Cuántica empezó de forma consolidada en 1925 y el centenario que se cumple este año merece ser reconocido por la sociedad y no pasar de puntillas.
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[–>Hemos puesto ejemplos tangibles e inequívocos. Pero la influencia de la Mecánica Cuántica ha ido mucho más allá, afectando profundamente al propio pensamiento y al razonamiento convencionales. ¿Cómo es posible que, si repetimos la medida de una propiedad dos veces en un mismo sistema, obtengamos resultados diferentes? ¿Puede estar el gato de Schrödinger vivo y muerto a la vez? ¿Conducen los estados cuánticos a acciones a distancia? ¿Nos inducen los estados entrelazados a desconfiar de la variable tiempo como una flecha que organiza los acontecimientos del pasado, presente y futuro? Si lo que se mide y se observa depende del observador, ¿es la realidad única? ¿no existe? Por supuesto, los ecos de la Mecánica Cuántica también han traspasado las fronteras de la Ciencia, adentrándose profundamente en la Filosofía, que busca cómo encajar sus paradojas. En verdad, es desconcertante el mundo de la Mecánica Cuántica.
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Afortunadamente, este viernes 12 a las 19.30 h en el Club de Prensa Asturiana de La Nueva España, Tribuna Ciudadana programa una charla impartida por el Profesor de Física Teórica Patrick Meessen para celebrar el centenario de la Mecánica Cuántica y quizá descifrar alguna de estas incógnitas. No habrá que perdérselo.
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