La realidad cuántica

Escrito por Andrés Cassinello y José Luis Sánchez Gómez y publicado por Editorial Crítica dentro de la colección Drakontos en 2012.

Los autores son doctores en Física, uno de ellos, catedrático de física teórica en la UAM, y aunque sólo sea por eso, había que leer el libro. Bueno, por eso y por pertenecer a la magnífica serie de libros que para mi es la colección Drakontos (de la que ya he comentado bastantes libros y seguiré haciéndolo, que tengo unos cuantos más pendientes de leer).

Como ya nos indican nada más empezar, el objetivo del libro es explicar los fundamentos de la mecánica cuántica y sus aplicaciones recientes. Pero ojo, que también avisan: la mecánica cuántica nadie la entiende, así que lo que pretenden explicar es qué se sabe y de qué manera.

Comienzan con un primer capítulo en el que explican un poco el átomo de Bohr, las líneas espectrales y la función "psi" de la ecuación de ondas de Schrödinger (de la cual hablé un poco y puse la fórmula en el comentario de otro libro: "17 ecuaciones que cambiaron el mundo"), que expresa la probabilidad de que una partícula se encuentre en un sitio u otro. Para concluir el capítulo con algunos detalles de la vida de Schrödinger y del estilo de vida en la Viena de principios de 1900. En el segundo capítulo intentan dilucidar el significado de la "función de onda" y nos introduce en las dos reglas básicas de la mecánica cuántica: "Superposición: si hay dos (o más) alternativas indistinguibles de llegar a un resultado, la función de onda será la superposición de las funciones de onda de las diferentes posibilidades. Colapso: en cuanto hay manera de distinguir cuál de las alternativas puede darse, la función de onda colapsa". Y para que entendamos bien este concepto, explica (de forma muy clara) el experimento del interferómetro de Mach-Zehnder, y cómo los fotones se comportan unas veces como partículas y otras como ondas. También nos dan una breve explicación de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. Los capítulos tres y cuatro los dedican a explicar qué se entiende por medida (a nivel cuántico) y qué entendemos por entrelazamiento. En ellos da una definición original (al menos para mi) de lo que son los fermiones y bosones (las partículas que, cuando se intercambian, hacen que la función de onda cambie de signo se llaman fermiones, las que, en cambio, cuando se intercambian, dejan la función de onda inalterada, manteniendo también el signo, se llaman bosones). El capítulo cinco está íntegramente dedicado a la desigualdad de Bell, aunque para la explicación utilizan una versión más simple que es la desigualdad CHSH (la explican también en el link anterior). Explican la desigualdad de forma bastante clara, pero hay que prestar atención, que, para hacernos una idea, la desigualdad de Bell es de 1964 y la complejidad de los experimentos para su demostración era tal que el primero se llevó a cabo en 1982. La consecuencia de la comprobación experimental de la violación de la desigualdad es muy clara: "las magnitudes permanecen en estado de indefinición hasta que las observamos, las medimos. Tenemos que aceptar que el mundo es radicalmente aleatorio".

Una vez que tenemos las herramientas para "entender" un poco cómo funciona la mecánica cuántica, en el capitulo seis entran en lo que se entiende por "información cuántica" (o teoría cuántica de la información) y en asuntos tales como computación cuántica (qbits), criptografía y teleportación. Dentro de la computación cuántica, hablan de los logros de Ignacio Cirac y sus trampas de iones, nos introducen al concepto de "decoherencia", que es el nombre que recibe la pérdida de superposición por el acoplamiento con un entorno con muchos grados de libertad, y mencionan y explican un poco cómo se entrelazaron tres partículas en un estado de superposición que desde entonces vino a llamarse estado GHZ con el que en 1999 logró demostrarse, sin necesidad de cálculos estadísticos, la violación de la desigualdad de Bell. En el capitulo siete nos hablan de la criptografía y de lo que se entiende por criptografía cuántica, que amenaza seriamente el algoritmo más usado hoy en día que es el RSA (del que por cierto da un magnífico ejemplo en las páginas 152 y 153).

Para finalizar, dan un repaso a las aplicaciones, a nivel general de la física, que está teniendo la mecánica cuántica, por ejemplo con el tema de la información que se conserva en los agujeros negros (de este tema comenté algo en cuando hablé del libro: "La guerra de los agujeros negros"), y, como no podía ser de otra manera, vuelve a aparecer la fórmula de la entropía.

Luego hay un par de nexos con algunos detalles técnicos, pero se puede decir que el libro se lee bastante bien y no tiene una complejidad narrativa excesiva, aunque en algunos momentos hay detalles de desarrollos de fórmulas, que si alguien no puede seguir, no pasa nada porque se puede ir a las conclusiones que se sacan de esos desarrollos. A fin de cuentas nadie nos va a examinar y lo importante es ver que los conceptos de los que se habla no son mágicos y se deben a desarrollos matemáticos correctos. Por resumir, 200 páginas que se leen bastante bien.

Como siempre, copio un trozo:
"Para entender por qué la teoría de cuerdas puede "salvar" el principio cuántico de conservación de la información en la caída en un agujero negro, necesitamos la idea de entropía de un agujero negro. Ésta fue introducida por Jacob Bekenstein en 1973, al estudiar - teóricamente - ciertas propiedades de los agujeros negros. En particular, analizó la observación de Hawking acerca de lo que ocurría en una hipotética colisión de dos de ellos, en la que el científico hizo notar que - según la teoría - la superficie total del horizonte de ambos agujeros al entrar en contacto nunca era menor que la suma de las superficies individuales. Como a la entropía le ocurre exactamente lo mismo, es decir, la entropía de un sistema nunca es menor que la suma de la de sus posibles constituyentes, Bekenstein llegó a la audaz conclusión de que la entropía de un agujero negro es proporcional l área de la superficie de su horizonte.

Clasificación
Facilidad de lectura: 2-3 (el tres es si seguimos los desarrollos de las fórmulas).
Opinión: 4 (hace un muy buen resumen de la mecánica cuántica).

Los caminos cuánticos - Feynman

Escrito por Jesús Navarro Faus y publicado por Nivola dentro de la colección "Científicos para la historia" en 2007.

El autor es profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Física Corpuscular, lo cual me hacía sospechar que sabía de lo que hablaba cuando escribió este libro, y, efectivamente, no me he equivocado.

Obviamente, el libro, al igual que el resto de los que forman esta colección es una pequeña biografía junto con una explicación de las principales investigaciones y logros del autor (por eso hacía falta que lo escribiese alguien con capacidad para entender de lo que hablaba Feynman cuando hablaba de física).

De Richard Feynman, ya he comentado dos libros suyos: "¿Qué significa todo eso?" y "El carácter de la ley física". Y también he comentado uno, que me pareció muy bueno, de Leonard Mlodinow, "El arco iris de Feynman". Así que, no me parecía que estuviese de más leerme un poco su biografía y un resumencillo de sus contribuciones a la física.

Creo que, casi todos los aficionados a la física (a nivel divulgación) le recordarán por haber sido el que averiguó el por qué de la explosión del Challenger en 1986 (muy bien detallada en éste libro, junto con la participación en su resolución del general Kutyna, de la que yo personalmente no sabía nada antes). Bueno, al margen de eso, para mi Feynman siempre será uno de los físicos más grandes de todos los tiempos, no sólo por sus múltiples contribuciones a la física, sino por haber sido capaz de explicar las cosas siempre desde puntos de vista diferentes, cuestionándose cualquier cosa que no fuese capaz de explicar por si mismo, y eso es algo que deberíamos hacer todos, en todas las facetas de nuestra vida. Como muy bien dijo algunas veces: "los enunciados de la ciencia no tratan de lo que es cierto y de lo que no es cierto, sino que son enunciados de lo que se conoce con diferentes grados de certeza". Era alguien que no echaba balones fuera, ni siquiera cuando no sabía algo. En una conferencia dijo una vez: "¿por qué los físicos teóricos no hemos resuelto este problema? No tenemos excusa con decir que no hay bastantes experimentos. Esto no tiene nada que ver con los experimentos ... Sería como mirar al final del libro para conocer las respuestas ... La única causa por la que no podemos con este problema de la superconductividad es que no tenemos bastante imaginación".

Como es lógico, comienza hablando de Feynman y de sus relaciones familiares y se repite (no exactamente igual, pero se repite) una anécdota que ya había leído en otro libro y que, como siempre me pareció muy buena, la voy a copiar al final del comentario del libro.

Después va narrando la vida y los logros que iba consiguiendo, incluyendo su estancia en Los Alamos para el descubrimiento de la tristemente famosa bomba atómica (link a las cartas que escribió Einstein al presidente Roosevelt). Por supuesto, narra su vida particular y sus varios matrimonios (hay una carta que escribe a su mujer Arline que es simplemente espectacular) y sus relaciones con otros físicos (incluido, por supuesto, Murray Gell-mann y sus discusiones entre partones y quarks). Habla de multitud de temas, en los que al final entran casi todas las ramas de la física en juego , la electrodinámica cuántica (con la que se llevó un premio Nobel compartido), los condensados de Bose-Einstein, la constante de estructura fina (el famoso 137 que ya he comentado en alguna otra ocasión), sus diagramas de Feynman (grafos de Dyson, que por cierto ha saltado otra vez a la fama con la famosa estrella que podía estar contenida en una esfera de Dyson). En fin, de todo un poco, y, según va haciendo falta hace un resumen de la vida de otros físicos con los que se relaciono y una breve explicación de los conceptos que pudiesen resultar más complicados (que son unos cuantos).

En fin, un muy buen libro, que se lee de forma rápida (son sólo 219 páginas). Merece la pena. Como dijo Schwinger (uno de los que compartió el premio Nobel con él): "Al igual que los chips de silicio de estos últimos años, los diagramas de Feynman habían abierto el cálculo a las masas" y aunque sólo sea por eso, merece la pena echarle un ojo al libro.

Tal y como dije, copio una anécdota del libro:

"Pero el padre de Feynman sí que le había enseñado: "¿Ves ese pájaro? Es una curruca de Spencer. En italiano se dice Chutto Lappittida. En portugués, Bom da Peida. En chino, Chung-long-tah y en japonés Katano Tekeda. Puedes aprender el nombre de ese pájaro en todas las lenguas del mundo, pero cuando hayas acabado no sabrás nada del pájaro. Sólo sabrás algo de los humanos en lugares distintos y cómo llaman al pájaro. Así que vamos a mirar el pájaro y observar qué está haciendo". Aunque Feynman era consciente de que todos los nombres eran inventados, retuvo el mensaje que le transmitió su padre: saber los nombres es importante en la comunicación entre humanos, pero un nombre no es la cosa nominada".

Clasificación:

Facilidad de lectura: 1-2 (ó sólo 1 si nos saltamos las explicaciones).

Opinión: 5