¿Qué ha conseguido la física cuántica para cambiar el mundo?

Esta pregunta pudiera requerir varias páginas para ser respondida correctamente. Pero grosso modo, lo que ha encontrado la física cuántica es lo que se conoce como superposición. El resultado de una medición es probabilístico.

Aquí te transcribo un párrafo de mi libro "A ciencia cierta"

en el que he tratado de explicar el asunto de forma sencilla.

"Uno parece estar muy seguro de que no se puede ser simultáneamente dos cosas diferentes, ni estar en dos lugares a la misma vez. O estás de pie o estás sentado; o estás triste o estás alegre; sientes calor o frío; estás aquí o estás allá. Esto se ve tan obvio que no parece siquiera necesitar una demostración. Ya lo dice el refrán popular: “no se puede estar en misa y en procesión”. Sin embargo, para las pequeñas partículas que forman la materia, como los electrones o los átomos, o las que componen la luz, los fotones, parece no ser así. Estas, también llamadas partículas cuánticas, pueden estar en un estado en el que alguna de las magnitudes que las caracterizan no estén definidas, como si al mismo tiempo tuvieran más de un valor. En el lenguaje de la física cuántica se dice que cada estado de un sistema cuántico está caracterizado por una expresión matemática llamada función de onda, y esta función de onda predice en estos casos, que cuando se realice una medición para averiguar el valor de la magnitud en cuestión (que puede ser la posición, o la velocidad, por ejemplo) la partícula tomará uno de los valores posibles.

Veamos algunos ejemplos. Un electrón de los que conducen la corriente en un metal no tiene una posición definida; por decirlo de alguna manera, el electrón tiene alguna probabilidad de estar en cualquier lugar del metal en un dado instante. ¿Dónde está el electrón? es una pregunta que no tiene respuesta. Al pasar por una rendija estrecha, un fotón está bien localizado en cuanto a su posición, pero no se puede conocer la dirección de movimiento, y por tanto no se sabe en qué dirección va a salir de la rendija. Asimismo, una propiedad importante de los fotones, la polarización, que puede entenderse como el plano en el que oscila la onda luminosa, puede ser o vertical u horizontal. Pero también esta propiedad puede no estar definida, como si el fotón tuviera los dos valores, vertical y horizontal, al mismo tiempo. Por esto se dice que la función de onda permite saber, no el valor dado de una magnitud, sino la probabilidad de que al realizar una medición se obtenga uno de los valores posibles.

El estado de las partículas es entonces una superposición de todos los estados que corresponderían a los diferentes valores posibles de la magnitud y esto nos lleva al primer efecto sorprendente: las partículas cuánticas pueden estar “en misa y en procesión”.

La superposición de estados conduce a lo que se conoce en la física cuántica como “principio de incertidumbre”, el cual fue formulado por el físico alemán Werner Karl Heisenberg (Wurzburgo, 1901 - Munich, 1976) y le valió el Premio Nobel de Física en 1932. En efecto, para una partícula en una superposición de estados como la que describimos existe incertidumbre en cuanto al valor de algunas de sus propiedades físicas. Una vez que se realiza una medición para determinar la magnitud incierta, entonces, y solo entonces, esta toma uno de los valores posibles. En el lenguaje de la física cuántica, se dice que, una vez que se realiza la medición, la función de onda, “colapsa” en uno de los valores posibles.

Pongamos un ejemplo con seres humanos (que no parecen cumplir con este principio), solo para tratar de hacer más comprensible el asunto). Una “persona cuántica” (llamémosle así), digamos Basilio, pudiera estar de mal y de buen humor al mismo tiempo y dar lugar al siguiente relato.

Una persona “no cuántica”, digamos Alicia (también podemos llamarla clásica, a la usanza de los físicos), saluda a Basilio (este saludo sería el equivalente de la medición), recibe un gruñido por respuesta y piensa (clásicamente): he escogido un mal momento para saludarlo; estaba de mal humor. Pero no, Basilio no estaba ni de buen humor ni de mal humor antes del saludo. Lo mismo hubiera respondido con una sonrisa de oreja a oreja y un abrazo y no se hubiera podido cambiar un resultado por el otro de ninguna manera. Él no estaba en ninguna de las dos condiciones, sino en un estado de superposición entre el humor bueno y el malo, fue el saludo el que impuso que tomara una de las dos. Lo más que hubiera podido saber Alicia antes de saludarlo sería la probabilidad (no la certeza) de que al hacerlo hubiera recibido afecto o gruñido.

El lector podrá todavía argüir que tal vez Alicia no tenía suficiente información, que, de haber averiguado bien, hubiera sabido el verdadero estado de Basilio antes de saludarlo. Pero el lector estaría pensando, también él, clásicamente. Esa sería la incertidumbre normal, que los físicos llaman incertidumbre clásica y que es producto del desconocimiento; la incertidumbre cuántica es otra cosa, es más profunda: no había ninguna manera de saber el estado de Basilio, porque no existía esa información previamente al saludo. "