MEDICINA CUANTICA

¿Por qué estamos muchos escribiendo, analizando e indagando sobre las vibraciones, su comportamiento y las consecuencias que todo ello pueda tener? Juan Muga en su libro, La Física Cuántica en la Vida Diaria nos ofrece una versión placentera sobre el funcionamiento en el mundo de lo remotamente pequeño. Y lo hace de una manera comprensible para todos, seguidores o no de la física y eso es doblemente admirable en un mundo –el cuántico- donde prácticamente todo parece contradecir lo físicamente comprobado y meritoriamente aprobado además de al propio sentido común. Comienza el libro haciendo referencia al creador, Max Planck, que contrario a las leyes físicas imperantes del momento y tratando de probar la distribución de radiación de un cuerpo caliente, llega al concepto que crearía una enorme combustión en la mente de cualquier persona sensata, y directamente proporcional en asombro cuanto más pragmático se tenga a sí mismo una persona.

Comenta que “la hipótesis central para obtener la distribución correcta era que la energía no se emite ni se absorbe en cantidades arbitrarias, sino solamente en paquetes o cuantos, es algo así como el dinero y las monedas. Cuando compramos o vendemos algo intercambiamos un número de monedas de peseta, de duro, de cien, el dinero está empaquetado en estas unidades, y no podemos comprar algo que valga, por ejemplo, 10,287 pesetas (diez pesetas con doscientos ochenta y siete céntimos). Con la energía emitida o absorbida pasa algo parecido. En este caso la energía de cada paquete depende de la frecuencia, a mayor frecuencia más energía. Pero la magia de Planck reside sobre todo en descubrir a “h”, o la constante importantísima en la naturaleza que aparece “una y otra vez en las ecuaciones de la teoría cuántica.” Y llegamos a la famosa aunque no tan conocida fórmula del CUANTO:

E= hv  Ó  energía= h x frecuencia

Y lo alucinante del asunto es que Planck comenzó “una revolución sin querer; NO TENÍA ESPÍRITU DE REVOLUCIONARIO. Cuando introdujo la constante h lo hizo, según sus propias palabras, en un «acto de desesperación”. Es decir, la propia desesperación le llevó a la intuición de la formulación de “h”, constante de la cual ya nadie en la formulación cuántica podría prescindir. Y fiel a la desconfianza que sentía hacia “h” fueron de hecho otros científicos los que aprovecharon la constante para explicar el funcionamiento del efecto fotoeléctrico –Einstein- o la luz que absorbe y emite un átomo de hidrógeno -Bohr-. Por todo ello, Planck, Einstein, y el propio Bohr recibieron el premio Nobel en 1918, 1921, y 1922.

Y ahora Bohr proporcionó «la semilla para que Erwin Schrodinger encontrara una ecuación de ondas que describe no sólo el átomo de Hidrógeno, sino todos los átomos, todas las moléculas, y los sólidos». Esta es una de las ecuaciones más importantes de la física, y por supuesto en ella aparece la constante h. «En el modelo de Schrodinger los electrones no giraban en torno al núcleo en órbitas discretas definidas, como en la teoría de Bohr, sino que venían descritos por una onda deslocalizada. Los niveles permitidos del átomo de Bohr correspondían simplemente a las energías en las que podía formarse una onda estacionaria. A pesar de que la ecuación de Schrodinger predice correctamente las longitudes de onda observadas espectroscópicamente, la naturaleza exacta de esta onda fue, y sigue siendo, muy discutida. En un primer momento Schrodinger era partidario de identificar a la onda con el electrón, pero pronto se comprendió que esta interpretación no era posible.

Hoy en día entendemos que los dos aspectos, el corpuscular y el ondulatorio, son complementarios. Sobre este punto insistió mucho Bohr (…) Cuando detectamos fotones, o electrones o átomos, detectamos partículas localizadas, lo que ocurre es que las ecuaciones que predicen estas detecciones son ecuaciones de ondas que nos dan la probabilidad de encontrar estas partículas en determinadas posiciones o estados.  Así, la distribución de estas detecciones en una pantalla obedece a patrones de interferencia típicamente ondulatorios. (La interpretación probabilista de las ondas de Schrodinger se debe a Max Born.) En general no podemos imaginar a la partícula cuántica como una partícula en el sentido ordinario de la palabra porque su aspecto ondulatorio hace que se comporte de manera realmente extraña”.

¿Y por qué extraña? … Pensarán algunos. Te contamos algunos ejemplos:

“(una partícula cuántica) es capaz de atravesar una pared sin tener, según los criterios clásicos, energía suficiente para hacerlo, esto es lo que se conoce como efecto túnel;

O puede moverse hacia atrás aunque nosotros la hayamos empujado hacia adelante y no encuentre ningún obstáculo en su camino (efecto reflujo).

También, de alguna forma, “se entera” de cosas que pasan en zonas alejadas, zonas a las que una partícula ordinaria no podría tener acceso, es como si se empeñara en estar deslocalizada, como una onda, hasta el mismo momento de la detección, en el que siempre aparece localizada.

Otro aspecto importante es que no podemos preparar a las partículas cuánticas en estados que nos parecen perfectamente naturales en la escala de los objetos ordinarios. Por ejemplo, no podemos preparar una partícula cuántica precisando al mismo tiempo su posición y su velocidad (Principio de Incertidumbre o de Indeterminación de Heisenberg)».

Estas y otras excentricidades llevó a los cuánticos a una división en cuanto a la concepción de la realidad cuando el observador está ausente. La realidad funciona tal cual se explica a través de estas teorías siempre que sea observada o medida. Pero según Bohr, Heisenberg y otros conocidos por la escuela de Copenague (por Bohr), nadie puede aventurar como es la realidad cuando nadie mide. Por su lado, Einstein y Schrodinger entre otros sostienen “que la renuncia de la escuela de Copenague a una imagen concreta y realista del mundo cuántico antes de la medida es prematura”. El debate continúa…

Reflexiones de como todo esto nos ha cambiado la vida

Desde finales de los setenta los positrones se utilizan en medicina en la técnica conocida como tomografía de emisión de positrones, que recoge la radiación emitida cuando los positrones de materiales radioactivos administrados al paciente se combinan con electrones de células cercanas. Es particularmente útil para detectar cáncer, enfermedades coronarias y cerebrales.

«La mecánica cuántica comenzó a aplicarse muy pronto con éxito a átomos, moléculas y sólidos, un proceso que continúa hoy en día con moléculas o sólidos cada vez más complejos. La mecánica cuántica se usa por ejemplo para diseñar fármacos, para diseñar nuevos materiales y predecir sus propiedades.

En los cuarenta la segunda guerra mundial frena muchos estudios pero acelera otros, y se produce la primera bomba atómica y el primer reactor nuclear.

(…) A mediados de los años cuarenta, se crea el primer transistor (1947), que puede considerarse como el “invento del siglo”, y se descubre la resonancia magnética nuclear (1946).

En los cincuenta se descubren al máser y el láser.

En los sesenta se obtiene evidencia experimental de que los protones y neutrones no son partículas elementales sino que están formados por quarks, esto fue el origen de la teoría actual para describir la física nuclear y de partículas, el modelo standard.

En 1981 se consiguen las primeras imágenes de átomos individuales mediante la microscopía basada en el efecto túnel.

Desde mediados de los ochenta el desarrollo de los ordenadores, los láseres y de la electrónica permite estudiar a los átomos a temperaturas ultra-frías, y realizar experimentos que confirman las extrañas predicciones sobre el comportamiento de las partículas microscópicas que se habían formulado muchos años antes.

La teoría cuántica se ha comprobado con mediciones muy precisas. Uno de los experimentos más precisos, es decir con mayor número de cifras iguales entre el valor medido y la predicción teórica corresponde precisamente a la electrodinámica cuántica. Se trata de una medida de cierta propiedad magnética del electrón. La precisión conseguida equivaldría a medir la distancia entre Bilbao y Nueva York con un error del orden de la anchura de un pelo humano.

La teoría cuántica es sin duda la teoría más exitosa de la historia de la ciencia en cuanto a sus aplicaciones, pero después de cien años de evolución es muy posible que nos siga deparando sorpresas. Aún no entendemos satisfactoriamente, por ejemplo, cuestiones tan básicas como el tiempo en el que ocurren los sucesos».

GRACIAS JUAN MUGA POR COMPARTIR TU TIEMPO Y ENFOCARNOS LA LUPA DE ESE MUNDO DIVERTIDO, EXTRAÑO Y POTENTEMENTE PEQUEÑO Y QUE CADA CUAL, SI ME LO PERMITEN, MIDA SU REALIDAD DE ACUERDO A ESO QUE MAS LE CONVIENE EN ALGÚN MOMENTO REMOTO DEL TIEMPO.