Los conejos de Schrödinger

 

Escrito por Colin Bruce y publicado por Biblioteca Buridán creo que en 2008 (el original es del 2004).

Al autor no lo conocía, pero echando un vistazo al libro, comprobé que era físico y que trabajaba como investigador para la ESA, con lo cual, podía merecer la pena echar un vistazo al libro.

El título ya deja claro de lo que va el libro, pero por si alguien está despistado, el subtítulo lo deja claro: "física cuántica y universos paralelos". Y cuando se habla de universos paralelos, obviamente, menciona a Hugh Everett III.

El libro, como ocurre muchas veces cuando se habla de mecánica cuántica, es "algo" denso de leer y no va a ser de los que recomiende leer de un tirón, ni en la playa con ruido de fondo. Hay que leerlo con tranquilidad, que tiene algunas partes con un poco de complejidad (aunque sin ninguna fórmula).

Nos hace una pequeña introducción al surgimiento de la mecánica cuántica, a la interpretación de Copenhague, a la localidad (que explica de forma muy simple como "las cosas se influyen mutuamente sólo cuando están muy cerca unas de otras"), al entrelazamiento, al colapso de la función de onda, a la decoherencia y a los términos habituales de la mecánica cuántica y explica lo que se entiende por la interpretación de los muchos mundos y ahí entra en lo que aporta y lo que soluciona ese punto de vista y los problemas que plantea. Pero además de lo que viene siendo habitual (pero no por ello sencillo de entender), también menciona otros conceptos, como lo que es el efecto Compton, el experimento Elizur-Vaidman, el algoritmo de Shor (para la descomposición en factores primos), la paradoja EPR, lo que son los espacios de Hilbert, vamos, conceptos que también aconsejan una lectura con calma.

Dedica los últimos capítulos a comentar las opiniones de otros físicos (algunos a favor de la interpretación de los universos paralelos y otros contrarios a ella), como Lev Vaidman, David Deutsch, Julian Barbour (y su libro "the end of time"), Murray Gell-Mann, James Hartle, Roger Penrose, Anton Zellinger, ..., con lo cual no actúa como un fanático de la teoría de los muchos mundos, sino como un científico, exponiendo los datos, aunque él se manifieste un defensor de la misma. Pero menciona muchos más nombres célebres, como Von Neumann (y su libro "Fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica", que es todo un clásico, pero de nivel técnico), David Bohm (y su libro "La totalidad y el orden implicado", que tengo pendiente de leerme) y, por supuesto, "La guía del autoestopista galáctico" que también es un clásico, aunque de otro estilo.

Resumiendo, un libro de 273 páginas que hay que leer con calma y sosiego.

Como siempre, copio un trocito:

"Desde las primeras pruebas atómicas realizadas en la década de 1940, todo el acero producido en la Tierra ha resultado ligeramente contaminado por las partículas radioactivas presentes en al atmósfera, que inevitablemente acaban en los altos hornos debido a las enormes cantidades de aire necesarias para la combustión. Cuando los científicos necesitan acero totalmente libre de núcleos radioactivos, lo obtienen de una fuente sorprendente. Después de la Primera Guerra Mundial, la flota naval alemana fue hundida cerca de la bahía de Scapa Flow, en Escocia, el gigantesco puerto natural donde tenía habitualmente su base la flota británica, la British Gran Fleet. Cuando se necesita acero no radioactivo, los submarinistas se sumergen en las profundidades de la bahía y cortan trozos de acero de la época preatómica  de los barcos de guerra hundidos, que, afortunadamente, constituyen un inmenso depósito de esa clase de material."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 3-4 (algunas partes son complejas)

Opinión: 3

Desayuno con partículas

Escrito por Sonia Fernández-Vidal y Francesc Miralles y publicado por editorial Debolsillo en 2016 la tercera edición, que es la que tengo yo. La primera es de 2013.

Ni que decir tiene que, dado mi despiste habitual, no conocía de nada a los autores; pero echando una ojeada al libro comprobé que Sonia Fernández-Vidal es doctora en óptica e información cuántica y ha trabajado en el CERN, y con eso me vale y me sobra para un libro de divulgación científica (y para mucho más). Por su parte Frances Miralles es escritor y colabora habitualmente con El País semanal.

Por cierto, en el libro hay un momento donde los dos protagonistas realizan una visita al CERN y me ha dado por echar un vistazo y efectivamente, se organizan visitas todos los días, pero he visto que en la web pone que no se realizan visitas a la parte de abajo (cosa entendible), por lo que no tengo muy claro qué es lo que puede verse, aunque en el vídeo parece que no pinta mal lo que te dejan ver. Si alguien lo sabe, que me lo comente, a ver si merece la pena acercarse por allí.

Volviendo al libro, es un muy buen libro como primer contacto con la física cuántica y sus "cosas raras". Está novelado de forma que entre los viajes (reales e imaginarios) y las interrelaciones de los personajes se hace muy ameno y entretenido.

En el primer capitulo nos da un acercamiento a la evolución de la física tradicional (con viajes temporales para ver a Aristóteles, Platón, Kepler, Tycho Brahe y finalmente Newton (ése del que dijo Pope: "La naturaleza y sus leyes permanecían en la oscuridad. Dios dijo: "Hágase Newton" y la luz se hizo").

En el segundo nos va preparando para pensar de formas distintas (como bien decía Heisenberg: "el universo no sólo es más extraño de lo que pensamos, sino más extraño incluso de lo que somos capaces de pensar") y el tercero ya entra en la mecánica cuántica, comentando como no, la famosa reunión de Solvay de 1927 (creo que jamás se han reunido tantos genios en tan poco espacio). Pongo una foto de la misma (no puedo evitarlo) y en el link anterior se pueden ver los nombres de cada uno de los asistentes.

A partir de aquí, nos comenta el famoso experimento de la doble rendija, el EPR, lo que es la decoherencia ("a esta transición del mundo microscópico, en el que sobreviven los estados cuánticos, al mundo macroscópico, donde se pierden estas propiedades, se llama decoherencia), lo que se entiende por computación cuántica (qbits), criptografía cuántica, teleportación, entrelazamiento, el descubrimiento del Higgs, teorías de universos alternativos, y de muchas cosas más, de las cuales, si se nos olvida lo que significa algo, hay unos anexos finales donde vienen muy bien definidas las ideas principales. Comenta también las cuatro grandes preguntas que el CERN intenta responder: ¿Cómo se comporta un antiuniverso?, ¿Cómo era la sopa primordial del Big Bang?, ¿Existen otras dimensiones? y ¿Qué es la materia oscura?. Y como no, también menciona "La guía del autoestopista galáctico" (por algo digo que al final hay que leerse los cinco libros de la trilogía (no, no me he equivocado) o verse la película, porque lo mencionan en muchos los libros de divulgación científica).

Como ya he dicho, está escrito de forma muy sencilla y con una sola fórmula (bueno, dos si contamos la famosa de Einstein), que es la de el principio de incertidumbre de Heisenberg:

Que de vez en cuando merece la pena ver formulada para no pensar que este principio se debe a que no tenemos instrumentos adecuados. No. Se debe al desarrollo matemático de principios científicos. En este link realizan una explicación más detallada del razonamiento de Heisenberg para deducir la famosa ecuación.

Pues lo dicho, un libro que se lee de forma muy sencilla y muy rápido pero con una buena dosis de ciencia en él. Son 234 páginas más 12 apéndices que no se tardan nada en leer.

Como siempre, copio un trocito:

"Con los avances científicos del siglo XX, el conocimiento humano se ha ido especializando cada vez más hasta confinarse, dentro de la universidad, en departamentos que al resto de los mortales les parecen tan opacos como el oráculo de Delfos. En áreas como la de "materia condensada", "óptica cuántica" o "física de partículas", los investigadores se devanan los sesos para seguir avanzando en nuestro conocimiento de la realidad, y ejecutan complejos cálculos que escapan a la comprensión del 99,99% de los mortales. Sobre esto, un filósofo humanista decía que "el peligro de una especialización cada vez mayor en el conocimiento es que sabremos cada vez más de menos, hasta llegar a saberlo todo de nada".".

Clasificación:

Facilidad de lectura: 1.

Opinión: 4.

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).