PROYECTO DE FÍSICA CUÁNTICA FELIX BARAHONA JUAN CARLOS ESTRADA JOSÉ LUCIANO CASTAÑEDA PRESENTADO A: JAVIER BOBADILLA ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES INGENIERÍA ELECTRÓNICA VIII SEMESTRE FÍSICA MODERNA 2014 Titulo Cuantigiando Objetivos - Investigar lo relacionado con física cuántica para tener las bases suficientes y así realizar las entrevistas al público común. - Indagar sobre el concepto de física cuántica que manejan las personas de nuestro alrededor. - Producir un video final donde se evidencié el concepto que manejan las personas sobre física cuántica y el resultado del proyecto. Antecedentes Comenzando con la historia de la física cuántica es una historia que comienza con varios descubrimientos diferentes: en 1838 comienza con el descubrimiento por parte de Michael Faraday de los rayos catódicos; descubrimientos varios de radiación por parte de Gustav Kirchoff; unas teorías de 1877 de Ludwig Boltzmann relativas al sistema físico de los estados de energía, finalizando con la hipótesis de Max Planck de 1900 en la cual postulaba que los sistemas atómicos que irradian energía pueden ser divididos en varios elementos de energía. Luego, uno de los científicos más prolíferos de la historia, Albert Einstein, continuó en 1905 con los efectos reportados por Hertz en 1887, los cuales eran consistentes con los hallazgos de Max Planck, de que la luz en sí misma está hecha de partículas cuánticas individuales, los cuales recibieron el nombre de "fotón" en 1826. La frase "física cuántica" (en inglés, quantum mechanics) fue acuñada por Max Born y utilizada por primera vez en 1924. Luego, en los años consiguientes, esta base teórica fue aplicada en otras áreas del estudio de las ciencias. Pasando toda la información un poco más en limpio: Ludwing Boltzmann fue uno de los fundadores de la teoría de la física cuántica, ya que en 1877 sugirió que los niveles de energía de un sistema físico podrían ser discretos; todas sus teorías fueron luego confirmadas matemáticamente, así como lo fueron las teorías forjadas por el alemán Max Planck en 1900. Luego de las teorías confirmadas por parte de Max Planck, el científico que siguió investigando fue Stefan Procopiu desde 1911 hasta 1913, así como también lo hizo Niels Bohr en el mismo año, y calcularon el momento magnético del electrón, que luego fue llamado magnetón. Luego, Heisenberg formuló un nuevo principio en 1927, al mismo tiempo que otros científicos hacían lo propio alrededor de Europa y Estados Unidos. Recién en 1927 hubo intentos de aplicar los principios de la física cuántica a diferentes campos más allá de partículas simples. En la actualidad universal, son varios los nombres de físicos, profesores y científicos que registran en las páginas y textos dedicados ampliar la información respecto a la física cuántica y sus grandes logros, aunque poco mencionados en los medios, que van desde la teoría de la información cuántica hasta el comprobar una interferencia cuántica entre macromoléculas. Entre los nombres más destacados se encuentran: Guifré Vidal físico español, Benjamin Schumacher un físico teórico estadounidense, Paul Charles William Davies físico, escritor y locutor británico, Gerald Stanford Guralnik rector de física en la Universidad Brown, John Moffat profesor emérito de física en la Universidad de Toronto. También es profesor adjunto de física en la Universidad de Waterloo y miembro del Instituto Perimeter de Física Teórica, Anton Zeilinger (Ried/Innkreis, Austria, 20 de mayo de 1945) físico teórico y experimental y Sonia Fernández-Vidal Doctora en Óptica e Información Cuántica por la Universidad Autónoma de Barcelona. La física cuántica en nuestro país, aparte de saber de un personaje colombiano que tiene un doctorado en esta rama, Rubén Guerrero y quien obtuvo el premio en el marco del 53 Simposio Sanibel (celebrado por la Universidad de la Florida, en Georgia, Estados Unidos) por los resultados de su investigación en el área de control de la dinámica cuántica, para la gente del común tal vez no es un tema muy conocido dado que son escasas las noticias y personas que practiquen está rama, más en un país donde la mayor atención es por obtener dinero, y las oportunidades de estudio son enfocadas hacia otro tipo de áreas más laborales, técnicas que pensantes e investigativas como lo requiere la física cuántica. Por lo anterior, la idea inicial es indagar a las personas de nuestro alrededor, de diferentes profesiones, áreas para establecer en que concepto se encuentra este tema principal de interés en el proyecto, y como lo indica el título, cuantigiando, haciendo una especie de mezcla entre los conceptos de cuántica y contagiar, refiriendo éste último a contagiar a la gente con el fenómeno de la física cuántica y lo que ésta conlleva. Marco Teórico Cuántico es un adjetivo que se utiliza en el campo de la física. El concepto se refiere a lo vinculado con unos ciertos saltos de la energía al emitir o absorber radiación, que se conocen como cuantos. Esta rama del conocimiento se especializa en el análisis de la energía y de la materia, centrándose en cómo se comportan bajo diferentes entornos y situaciones. De acuerdo a la teoría cuántica, todos los sistemas albergan diferentes estados físicos que pueden describirse a partir de ecuaciones. Estos estados se conocen como estados cuánticos. Los estudios de las partículas elementales, del núcleo del átomo y del átomo en general forman parte del alcance de la física cuántica, cuyos descubrimientos se aplican en la electrónica y en otros ámbitos. Es importante destacar que, en la actualidad, la ciencia de la física se basa principalmente en la teoría cuántica y en la teoría de la relatividad general. El propio Albert Einstein, sin embargo, se mostró en desacuerdo con diversos postulados de la física cuántica. Una de las diferencias marcadas por los especialistas que Einstein tuvo respecto a la teoría cuántica es que, para el padre de la teoría de la relatividad general, una partícula subatómica no está en condiciones de ocupar más de un espacio de manera simultánea. Básicamente está ciencia estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de ésta son tan pequeñas que empiezan a notarse extraños efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula o simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula. Dos de los pilares de esta teoría son: primero que las partículas intercambian energía en múltiplos enteros de una cantidad mínima posible (quantum de energía) y segundo que la posición de las partículas viene definida por una función que describe la probabilidad de que dicha partícula se halle en tal posición en ese instante. Los avances de la Teoría Cuántica permitieron aplicaciones en distintos ámbitos como la electrónica (transistores, microprocesadores y componentes electrónicos), en la física de nuevos materiales, (semiconductores y superconductores), en la física de altas energías, en la criptografía y la computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano. En la medicina, la teoría cuántica es utilizada en campos tan diversos como la cirugía láser, o la exploración radiológica. En resumen la Teoría Cuántica nos habla de que cualquier suceso posee una probabilidad de que suceda, como el hecho de que al patear una pelota ésta se escape de la atmósfera terrestre y viaje por el espacio. Si bien la probabilidad de que esto sucediese sería infinitamente pequeña, podría ocurrir perfectamente. El mundo moderno de la física se funda notablemente en dos teorías principales, la relatividad general y la mecánica cuántica, aunque ambas teorías parecen contradecirse mutuamente. Los postulados que definen la teoría de la relatividad de Einstein y la teoría del quantum están incuestionablemente apoyados por rigurosa y repetida evidencia empírica. Sin embargo, ambas se resisten, por el momento, a ser incorporadas dentro de un mismo modelo coherente. Aplicación de la física cuántica Aunque no lo parezca la mayoría de los dispositivos, objetos que utilizamos y vemos en nuestro día a día están basados en algún principio o fenómeno de la física cuántica, por ejemplo el funcionamiento del láser se basa en la mecánica cuántica y se utilizan en reproductores de cd y dvd, escáneres de códigos de barras utilizados en los centros comerciales, herramientas de corte y soldadura utilizadas en la industria o bisturíes de láser utilizados en el campo de la medicina. El desarrollo de los transistores, elemento fundamental de todos los microprocesadores que utilizan todos los aparatos electrónicos como un ordenador, el desarrollo de los relojes atómicos con alta precisión así como los termómetros ultra precisos son entre otros ejemplos donde la mecánica cuántica ha desempeñado un papel fundamental en su desarrollo. Las placas solares, detectores de movimiento, sistemas de control de calidad automáticos en líneas de producción continúas como detección de productos rotos y defectuosos, envases vacíos u otros, sistemas de alarmas contraincendios o incluso para la medición de las estrellas lejanas al planeta tierra basan su funcionamiento en el efecto fotoeléctrico explicado gracias a la física cuántica. Otro de los ejemplos que se aplica la mecánica cuántica son las memorias USB que utilizamos en los ordenadores. Estas pequeñas memorias flash capaces de almacenar cantidades ingentes de información utilizan el efecto túnel para proceder al borrado de las diversas celdas que las componen de tal forma que podamos reutilizarlo tantas veces como queramos. En el futuro próximo se puede esperar el desarrollo de ordenadores cuánticos con una potencia de cálculo ilimitado, gracias a éstos podremos predecir con gran exactitud el comportamiento del clima a largo plazo, diseñar fármacos y medicinas a nivel molecular con propiedades altamente curativas o podremos simular a la perfección fenómenos naturales altamente complejos como la formación de las galaxias. Por otro lado en un futuro muy próximo se cree que se pueda dar el llamado Internet cuántico donde las comunicaciones serán totalmente seguras e instantáneas, en cuestión de milisegundos podremos descargar millones de Mb de información y donde la criptografía cuántica harán un Internet totalmente seguro. Desarrollo del proyecto El objetivo principal es realizar y producir un video en el cual se pueda evidenciar la reacción y opinión de la gente con respecto a un tema tan poco común en la sociedad colombiana como lo es el de la física cuántica. La idea es que en los sitios aledaños a la universidad se pueda realizar una entrevista de la cual quede registro en video, donde se mencionaran preguntas relacionadas con el tema en cuestión, para escuchar lo que las personas del común como estudiantes, profesores, amas de casa etc., opinan al respecto; y generar una conclusión final sobre cómo y cuál es el manejo de esta información en los ciudadanos para de esta manera establecer la importancia y clasificación del tema como también el generar ese tipo de duda en el subconsciente o conocimientos de los entrevistados y por qué no, que ellos mismos ejecuten una consulta e investigación sobre la física cuántica. Este es un proyecto que se estima su ejecución en corto plazo, dado que al final del semestre el grupo de trabajo desea dar a conocer el producto final para observarlo con compañeros e instructor de la clase de física moderna y hacerse una idea de que tan objetivo o tan desproporcionado se encuentra el concepto de cuántico, por ello el título del proyecto cuantigiando: de cuántico y contagiando. Conclusiones - Los seres vivos incluyendo el ser humano, hacemos parte de esos paquetes de energía cuántica que hay en el mundo. - En nuestro país existe un mínimo manejo sobre el concepto de física cuántica a nivel estudiantil, donde la práctica académica no vislumbra en todo su contenido el tema tratado. - Existe un lenguaje universal entorno a la física cuántica y todo aquello que se desprende sobre los cuantos y las grandes ventajas que proporcionaría a la humanidad y la tecnología, pero es un lenguaje limitado en Colombia donde unos pocos entienden y comprenden el tema y los demás solo se enfocan hacia la física clásica. - Hay un conocimiento muy disperso o muy focalizado sobre el tema de física cuántica, lo que quiere decir que dependiendo del conocimiento de la persona o su experiencia profesional con el tema, y quien se atreve a aproximarse al concepto, sólo menciona las moléculas y la energía, mientras los demás emiten conceptos de un lado u otro sin observar que hasta en el uso de elementos electrónicos comunes del diario vivir se encuentra inmersa la cuanticidad. - Es un tema que tiene bastante relación con la investigación, el análisis, pruebas, ensayo y error, etc., donde la academia nacional se queda corta como apoyo y única estructura en la ampliación de todo aquello que implica esta ciencia. Quien quisiera profundizar y dominar el tema, se hace casi obligatorio, llegar al exterior para aprender de ese lenguaje presente en todo el universo y también muy complejo para la mayoría. Referencias Bibliográficas - Wikipedia, enciclopedia libre, 14 marzo 2013, Físicos cuánticos [en línea], disponible en http://es.wikipedia.org. - Matias Dominguez, Jul 26, 2011, física cuántica [en línea], disponible en http://www.ojocientifico.com. - A.P. French – Edwin Taylor, Introducción a la física cuántica, Editorial Reverté, 2003, páginas 1 a 10.