si estás interesado en las cosas más pequeñas conocidas por los científicos, hay algo que debes saber. Se comportan extraordinariamente mal. Pero eso es de esperar. Su hogar es el mundo cuántico.

estos bits subatómicos de materia no siguen las mismas reglas que los objetos que podemos ver, sentir o sostener. Estas entidades son fantasmales y extrañas. A veces, se comportan como masas de materia. Piensa en ellos como pelotas de béisbol subatómicas. También pueden extenderse como olas, como ondas en un estanque.,

aunque pueden encontrarse en cualquier lugar, la certeza de encontrar una de estas partículas en cualquier lugar en particular es cero. Los científicos pueden predecir dónde podrían estar, pero nunca saben dónde están. (Eso es diferente a, digamos, una pelota de béisbol. Si lo dejas debajo de tu cama, sabes que está ahí y que permanecerá allí hasta que lo muevas.,)

«la conclusión es que el mundo cuántico simplemente no funciona de la manera en que funciona el mundo que nos rodea», dice David Lindley. «Realmente no tenemos los conceptos para lidiar con eso», dice. Formado como físico, Lindley ahora escribe libros sobre ciencia (incluyendo ciencia cuántica) desde su casa en Virginia.,

He aquí una muestra de esa rareza: si golpeas una pelota de béisbol sobre un estanque, navega por el aire para aterrizar en la otra orilla. Si dejas caer una pelota de béisbol en un estanque, las olas se ondulan en círculos de crecimiento. Esas olas eventualmente llegan al otro lado. En ambos casos, algo viaja de un lugar a otro. Pero el béisbol y las olas se mueven de manera diferente. Una pelota de béisbol no ondula ni forma picos y valles a medida que viaja de un lugar a otro. Las olas sí.

pero en los experimentos, las partículas en el mundo subatómico a veces viajan como ondas. Y a veces viajan como partículas., Por qué las leyes más pequeñas de la naturaleza funcionan de esa manera no está claro — para nadie.

considere los fotones. Estas son las partículas que componen la luz y la radiación. Son pequeños paquetes de energía. Hace siglos, los científicos creían que la luz viajaba como una corriente de partículas, como un flujo de pequeñas bolas brillantes. Entonces, hace 200 años, los experimentos demostraron que la luz podía viajar como olas. Cien años después de eso, nuevos experimentos mostraron que la luz a veces podía actuar como ondas, y a veces actuar como partículas, llamadas fotones. Esos hallazgos causaron mucha confusión. Y argumentos. Y dolores de cabeza.,

Onda o partícula? Ninguno o ambos? Algunos científicos incluso ofrecieron un compromiso, usando la palabra «wavicle.»La forma en que los científicos respondan a la pregunta dependerá de cómo traten de medir los fotones. Es posible establecer experimentos donde los fotones se comportan como partículas, y otros donde se comportan como ondas. Pero es imposible medirlos como ondas y partículas al mismo tiempo.

Esta es una de las extrañas ideas que surge de la teoría cuántica. Los fotones no cambian. Así que cómo los científicos los estudian no debería importar. No solo deben ver una partícula cuando buscan partículas, y solo ver ondas cuando buscan ondas.

«¿ realmente crees que la luna existe solo cuando la miras?»Preguntó Albert Einstein. (Einstein, nacido en Alemania, jugó un papel importante en el desarrollo de la teoría cuántica.)

Este problema, resulta, no se limita a los fotones., Se extiende a los electrones y protones y otras partículas como pequeñas o más pequeñas que los átomos. Cada partícula elemental tiene propiedades tanto de onda como una partícula. Esa idea se llama dualidad onda-partícula. Es uno de los mayores misterios en el estudio de las partes más pequeñas del universo. Ese es el campo conocido como física cuántica.

la física cuántica desempeñará un papel importante en las tecnologías futuras, por ejemplo, en las computadoras. Las computadoras ordinarias ejecutan cálculos usando trillones de switches integrados en microchips. Esos interruptores están «encendidos» o «apagados».,»Una computadora cuántica, sin embargo, utiliza átomos o partículas subatómicas para sus cálculos. Debido a que tal partícula puede ser más de una cosa al mismo tiempo, al menos hasta que se mide, puede ser «on» o «off» o en algún lugar intermedio. Eso significa que las computadoras cuánticas pueden ejecutar muchos cálculos al mismo tiempo. Tienen el potencial de ser miles de veces más rápidas que las máquinas más rápidas de hoy en día.

IBM y Google, dos grandes empresas tecnológicas, ya están desarrollando ordenadores cuánticos superrápidos. IBM incluso permite que personas fuera de la empresa realicen experimentos en su computadora cuántica.,

Los experimentos basados en el conocimiento cuántico han producido resultados asombrosos. Por ejemplo, en 2001, los físicos de la Universidad de Harvard, en Cambridge, Mass., mostró cómo detener la luz en sus pistas. Y desde mediados de la década de 1990, los físicos han encontrado extraños nuevos estados de la materia que fueron predichos por la teoría cuántica. Uno de ellos-llamado condensado de Bose — Einstein-se forma solo cerca del cero absoluto. (Eso equivale a -273.15 ° Celsius, o -459.67 ° Fahrenheit. En este estado, los átomos pierden su individualidad. De repente, el grupo actúa como un gran mega-átomo.,

sin embargo, la física cuántica no es solo un descubrimiento genial y peculiar. Es un cuerpo de conocimiento que cambiará de maneras inesperadas cómo vemos nuestro universo e interactuamos con él.

una receta cuántica

La teoría cuántica describe el comportamiento de las cosas — partículas o energía — en la escala más pequeña. Además de las ondas, predice que una partícula puede encontrarse en muchos lugares al mismo tiempo. O puede hacer un túnel a través de las paredes. (Imagina si pudieras hacer eso! Si mides la ubicación de un fotón, es posible que lo encuentres en un lugar y en otro., Nunca se puede saber con certeza dónde está.

también es extraño: gracias a la teoría cuántica, los científicos han demostrado cómo se pueden vincular pares de partículas, incluso si están en diferentes lados de la habitación o en lados opuestos del universo. Se dice que las partículas conectadas de esta manera están enredadas. Hasta ahora, los científicos han sido capaces de enredar fotones que estaban a 1.200 kilómetros (750 millas) de distancia. Ahora quieren estirar el límite de enredo aún más lejos.

la teoría cuántica emociona a los científicos, incluso cuando los frustra.

les emociona porque funciona., Los experimentos verifican la precisión de las predicciones cuánticas. También ha sido importante para la tecnología durante más de un siglo. Los ingenieros utilizaron sus descubrimientos sobre el comportamiento de los fotones para construir láseres. Y el conocimiento sobre el comportamiento cuántico de los electrones llevó a la invención de los transistores. Eso hizo posibles los dispositivos modernos como computadoras portátiles y teléfonos inteligentes.

pero cuando los ingenieros construyen estos dispositivos, lo hacen siguiendo reglas que no entienden completamente. La teoría cuántica es como una receta. Si tienes los ingredientes y sigues los pasos, terminas con una comida., Pero usar la teoría cuántica para construir tecnología es como seguir una receta sin saber cómo cambia la comida a medida que se cocina. Claro, puedes preparar una buena comida. Pero no podías explicar exactamente qué pasó con todos los ingredientes para hacer que la comida supiera tan bien.

Los científicos utilizan estas ideas «sin tener idea de por qué deberían estar allí», señala el físico Alessandro Fedrizzi. Diseña experimentos para probar la teoría cuántica en la Universidad Heriot-Watt en Edimburgo, Escocia. Espera que esos experimentos ayuden a los físicos a entender por qué las partículas actúan tan extrañamente en las escalas más pequeñas.,

¿está bien el gato?

si la teoría cuántica le suena extraña, no se preocupe. Estás en buena compañía. Incluso físicos famosos se rascan la cabeza.

¿recuerdas a Einstein, el genio alemán? Ayudó a describir la teoría cuántica., Y a menudo decía que no le gustaba. Discutió sobre ello con otros científicos durante décadas.

«Si puedes pensar en la teoría cuántica sin marearte, no lo entiendes», escribió una vez el físico danés Niels Bohr. Bohr fue otro pionero en el campo. Tenía famosos argumentos con Einstein sobre cómo entender la teoría cuántica. Bohr fue una de las primeras personas en describir las cosas raras que surgen de la teoría cuántica.

«creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende cuántica», dijo Una vez el físico estadounidense Richard Feynman., Y sin embargo, su trabajo en la década de 1960 ayudó a mostrar que los comportamientos cuánticos no son ciencia ficción. Realmente pasan. Los experimentos pueden demostrarlo.

La teoría cuántica es una teoría, que en este caso significa que representa la mejor idea de los científicos sobre cómo funciona el mundo subatómico. No es una corazonada, o una suposición. De hecho, se basa en buenas pruebas. Los científicos han estado estudiando y utilizando la teoría cuántica durante un siglo. Para ayudar a describirlo, a veces usan experimentos mentales. (Tal investigación se conoce como teórica.,)

en 1935, el físico austriaco Erwin Schrödinger describió tal experimento mental sobre un gato. Primero, imaginó una caja sellada con un gato dentro. Imaginó que la caja también contenía un dispositivo que podía liberar un gas venenoso. Si se libera, ese gas mataría al gato. Y la probabilidad de que el dispositivo liberara el gas era del 50 por ciento. (Eso es lo mismo que la posibilidad de que una moneda volteada suba la cabeza.)

para verificar el estado del gato, abra la caja.

El gato está vivo o muerto. Pero si los gatos se comportaran como partículas cuánticas, la historia sería más extraña. Un fotón, por ejemplo, puede ser una partícula y una onda. Del mismo modo, el gato de Schrödinger puede estar vivo y muerto al mismo tiempo en este experimento mental. Los físicos llaman a esto » superposición.,»Aquí, el gato no será uno o el otro, vivo o muerto, hasta que alguien abra la caja y eche un vistazo. El destino del gato, entonces, dependerá del acto de hacer el experimento.

Schrödinger usó ese experimento mental para ilustrar un gran problema. ¿Por qué la forma en que el mundo cuántico se comporta depende de si alguien está mirando?

Bienvenido al multiverso

Anthony Leggett ha estado pensando en este problema durante 50 años. Es físico en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign., En 2003, ganó el Premio Nobel de física, el premio más prestigioso en su campo. Leggett ha ayudado a desarrollar formas de probar la teoría cuántica. Quiere saber por qué el mundo más pequeño no coincide con el ordinario que vemos. Le gusta llamar a su trabajo «construir el gato de Schrödinger en el laboratorio.»

Leggett ve dos maneras de explicar el problema del gato. Una forma es asumir que la teoría cuántica eventualmente fallará en algunos experimentos. «Sucederá algo que no se describe en los libros de texto estándar», dice. (Él no tiene idea de lo que ese algo podría ser.,)

La otra posibilidad, dice, es más interesante. A medida que los científicos realizan experimentos cuánticos en grupos más grandes de partículas, la teoría se mantendrá. Y esos experimentos revelarán nuevos aspectos de la teoría cuántica. Los científicos aprenderán cómo sus ecuaciones describen la realidad y serán capaces de llenar las piezas faltantes. Eventualmente, podrán ver más de la imagen completa.

En pocas palabras, Leggett espera: «las cosas que ahora parecen fantásticas serán posibles.»

algunos físicos han propuesto soluciones aún más salvajes al problema del» gato». Por ejemplo: tal vez nuestro mundo es uno de muchos. Es posible que existan infinitos mundos. Si es cierto, entonces en el experimento mental, el gato de Schrödinger estaría vivo en la mitad de los mundos — y muerto en el resto.

La teoría cuántica describe partículas como ese gato., Pueden ser una cosa u otra al mismo tiempo. Y se pone más raro: la teoría cuántica también predice que las partículas pueden encontrarse en más de un lugar a la vez. Si la idea de muchos mundos es cierta, entonces una partícula podría estar en un lugar en este mundo, y en algún otro lugar en otros mundos.

Esta mañana, probablemente elegiste qué camisa usar y qué comer para el desayuno. Pero de acuerdo con la idea de muchos mundos, hay otro mundo donde tomaste diferentes decisiones.

esta extraña idea se llama la interpretación «de muchos mundos» de la mecánica cuántica., Es emocionante pensar en ello, pero los físicos no han encontrado una manera de probar si es cierto.

enredado en partículas

La teoría cuántica incluye otras ideas fantásticas. Como ese enredo. Las partículas pueden estar enredadas — o conectadas-incluso si están separadas por el ancho del universo.

Imagine, por ejemplo, que usted y un amigo tenían dos monedas con una conexión aparentemente mágica. Si uno aparecía cara, el otro siempre sería Cruz. Cada uno toma sus monedas a casa y luego voltearlas al mismo tiempo., Si el tuyo sale cara, entonces en el mismo momento exacto sabes que la moneda de tu amigo acaba de salir Cruz.

Las partículas enredadas funcionan como esas monedas. En el laboratorio, un físico puede enredar dos fotones, luego enviar uno de los pares a un laboratorio en una ciudad diferente. Si mide algo sobre el fotón en su laboratorio, como qué tan rápido se mueve, entonces inmediatamente sabe la misma información sobre el otro fotón. Las dos partículas se comportan como si enviaran señales instantáneamente. Y esto se mantendrá incluso si esas partículas están separadas por cientos de kilómetros.,

La historia continúa debajo del video.

como en otras partes de la teoría cuántica, esa idea causa un gran problema., Si las cosas enredadas se envían señales al instante, entonces el mensaje podría parecer viajar más rápido que la velocidad de la luz — que, por supuesto, es el límite de velocidad del universo! Así que eso no puede suceder.

en junio, científicos de China informaron un nuevo récord de enredo. Usaron un satélite para enredar seis millones de pares de fotones. El satélite envió los fotones al suelo, enviando uno de cada par a uno de los dos laboratorios. Los laboratorios estaban a 1.200 kilómetros (750 millas) de distancia. Y cada par de partículas permaneció enredado, mostraron los investigadores., Cuando midieron uno de un par, el otro se vio afectado inmediatamente. Publicaron esos hallazgos en Science.

Los científicos e ingenieros ahora están trabajando en formas de usar el entrelazamiento para vincular partículas a distancias cada vez más largas. Pero las reglas de la física todavía les impiden enviar señales más rápido que la velocidad de la luz.

¿por qué molestarse?

si le preguntas a un físico qué es realmente una partícula subatómica, «no se si alguien pueda darte una respuesta», dice Lindley.

muchos físicos se contentan con no saber., Trabajan con la teoría cuántica, aunque no la entiendan. Siguen la receta, sin saber nunca por qué funciona. Pueden decidir que si funciona, ¿por qué molestarse en ir más lejos?

Otros, como Fedrizzi y Leggett, quieren saber por qué las partículas son tan extrañas. «Es mucho más importante para mí averiguar qué hay detrás de todo esto», dice Fedrizzi.

hace cuarenta años, los científicos eran escépticos de que pudieran hacer tales experimentos, señala Leggett. Muchos pensaron que hacer preguntas sobre el significado de la teoría cuántica era una pérdida de tiempo., Incluso tenían un estribillo: «Cállate y calcula!»

Leggett compara esa situación pasada con explorar alcantarillas. Entrar en túneles de alcantarillado puede ser interesante, pero no vale la pena visitarlo más de una vez.

«si pasaras todo tu tiempo hurgando en las entrañas de la Tierra, la gente pensaría que eres bastante extraño», dice. «Si pasas todo tu tiempo en los fundamentos de cuántica, la gente pensará que eres un poco raro.»

Ahora, dice, » el péndulo ha oscilado hacia el otro lado.»El estudio de la teoría cuántica se ha vuelto respetable de nuevo., De hecho, para muchos se ha convertido en una búsqueda de toda la vida para entender los secretos del mundo más pequeño.

«Una vez que el sujeto te engancha, no te dejará ir», dice Lindley. Él, por cierto, está enganchado.