Los comportamientos extraños de las partículas subatómicas pueden ser comprendidos a través de conceptos de la física clásica, según un estudio realizado por investigadores del MIT.
Cuando se lanza una pelota al aire, la física clásica puede predecir su trayectoria con precisión. Sin embargo, al reducir esa pelota al tamaño de un átomo, su comportamiento escapa de las predicciones clásicas.
Un nuevo enfoque en la física cuántica
Investigadores del MIT han demostrado que ciertos principios de la física clásica pueden describir el comportamiento no intuitivo de las partículas a nivel cuántico. En un artículo publicado en Proceedings of the Royal Society, el equipo explica que el movimiento de un objeto cuántico puede calcularse utilizando el concepto de “acción mínima”.
Con esta nueva formulación, los científicos lograron obtener soluciones equivalentes a la ecuación de Schrödinger, que es fundamental en mecánica cuántica, en varios escenarios clásicos, como el experimento de la doble rendija y el túnel cuántico.
Un puente matemático entre dos mundos
Los fenómenos misteriosos que antes solo se entendían a través de la mecánica cuántica ahora pueden ser abordados con esta nueva formulación clásica. De acuerdo con el coautor Winfried Lohmiller, se ha establecido un puente sólido que abarca la mecánica cuántica, la mecánica clásica y la relatividad.
Jean-Jacques Slotine aclara que no se cuestiona la validez de la mecánica cuántica, sino que se propone una forma alternativa de calcularla a partir de ideas clásicas bien conocidas.
El equipo derivó este puente cuántico mientras trabajaban en problemas típicos de la física clásica. Los investigadores aplicaron la ecuación de Hamilton-Jacobi para describir el movimiento de objetos y se dieron cuenta de que podían utilizarla para resolver el famoso experimento de la doble rendija.
El experimento de la doble rendija
Este experimento ilustra comportamientos cuánticos inusuales. Cuando se dispara un fotón hacia una pared con dos rendijas, la física clásica predice que debería formar un punto de luz. Sin embargo, se observan franjas alternas de luz y oscuridad, resultado de la interferencia de múltiples caminos que el fotón toma simultáneamente.
A lo largo del tiempo, los físicos han intentado explicar este experimento utilizando herramientas de la física clásica, pero solo han conseguido aproximar los resultados. Richard Feynman, por ejemplo, argumentó que sería necesario considerar un número infinito de caminos teóricos, lo que contradice la noción de trayectoria única de la física clásica.
Slotine y Lohmiller se preguntaron si la física clásica podría incluir, al menos matemáticamente, la idea de múltiples caminos. Así, en lugar de calcular infinitas trayectorias, podrían hacerlo con un número reducido de caminos clásicos de “acción mínima”.
La densidad como nueva variable
En su estudio, el equipo incorporó un nuevo elemento de la física clásica: la “densidad”, que representa la probabilidad de que un camino sea elegido. Este concepto se basa en dinámicas de fluidos, donde la densidad de un fluido en un punto indica la probabilidad de encontrar una gota en esa trayectoria.
Al ajustar la ecuación de Hamilton-Jacobi para incluir estos términos de densidad y múltiples caminos de acción mínima, el equipo aplicó su modelo al experimento de la doble rendija. Así, solo necesitaron considerar dos caminos clásicos a través de las rendijas, en vez de infinitas trayectorias.
Sus cálculos produjeron una función de onda que coincidía exactamente con las predicciones de la ecuación de Schrödinger, demostrando que ambos enfoques son equivalentes bajo este nuevo método de cálculo.
Implicaciones para la computación cuántica
Los investigadores creen que su fórmula podría ser útil para predecir el rendimiento de ciertos sistemas y dispositivos cuánticos. Según Slotine, esto podría tener importantes implicaciones para la computación cuántica y la comprensión de problemas que involucran tanto la física cuántica como la relatividad general.
En conclusión, su investigación sugiere que es posible caracterizar el comportamiento cuántico de manera exacta utilizando herramientas clásicas simples, lo que podría facilitar el entendimiento de fenómenos cuánticos que antes parecían inalcanzables.
