Cuando se lanza una pelota al aire, las ecuaciones de la física clásica permiten predecir con precisión su trayectoria y el momento en que tocará el suelo. Sin embargo, si esa misma pelota se redujera al tamaño de un átomo o menos, su comportamiento escaparía a cualquier predicción basada en la física clásica.
Este concepto ha sido desafiado por un equipo de investigadores del MIT, quienes han demostrado que ciertas ideas matemáticas de la física clásica pueden aplicarse para describir el comportamiento a menudo extraño y no intuitivo que se manifiesta a escala cuántica y subatómica.
Un puente entre dos mundos
En un artículo publicado en la revista Proceedings of the Royal Society, los científicos revelan que es posible calcular el movimiento de un objeto cuántico utilizando un principio clásico conocido como "acción mínima". Con esta nueva formulación, logran llegar a soluciones equivalentes a las proporcionadas por la ecuación de Schrödinger, que es fundamental en la mecánica cuántica, para varios escenarios clásicos, incluyendo el famoso experimento de doble rendija y el fenómeno del túnel cuántico.
Estos fenómenos misteriosos, antes comprendidos solo a través de ecuaciones cuánticas, ahora pueden ser descritos mediante esta nueva formulación clásica. En esencia, los investigadores han construido un puente matemático exacto entre el mundo físico cotidiano y el ámbito subatómico.
Redefiniendo conceptos clásicos
El coautor del estudio, Winfried Lohmiller, investigador asociado en el Laboratorio de Sistemas No Lineales del MIT, señala: “Antes existía un puente muy tenue que solo funcionaba para partículas cuánticas razonablemente grandes. Ahora tenemos un puente sólido —una forma común de describir la mecánica cuántica, la mecánica clásica y la relatividad— que es válida a todas las escalas”.
No obstante, Jean-Jacques Slotine, otro coautor y profesor del MIT, aclara: “No estamos diciendo que haya algo incorrecto en la mecánica cuántica; simplemente mostramos una forma diferente de calcularla basada en ideas clásicas bien conocidas”.
Nuevas perspectivas sobre fenómenos cuánticos
A medida que Lohmiller y Slotine trabajaban en problemas puramente clásicos, se dieron cuenta de que podían aplicar la ecuación Hamilton-Jacobi —una formulación clave de la mecánica clásica relacionada con las leyes del movimiento de Newton— para abordar problemas en mecánica cuántica. Este enfoque les permitió resolver situaciones complejas sin necesidad de calcular infinitos caminos teóricos.
A través del experimento de doble rendija, observaron cómo un fotón puede tomar múltiples caminos simultáneamente, un concepto fundamental conocido como superposición. Al adaptar los principios clásicos para incluir términos relacionados con la densidad y múltiples caminos mínimos de acción, lograron simplificar enormemente los cálculos necesarios.
"Demostramos que la ecuación de Schrödinger y la ecuación Hamilton-Jacobi son idénticas bajo una adecuada computación de densidad", concluye Slotine. Este hallazgo tiene importantes implicaciones potenciales para áreas como la computación cuántica y una mejor comprensión de problemas donde convergen la física cuántica y la relatividad general.
Preguntas sobre la noticia
¿Cómo se relacionan la física clásica y la mecánica cuántica según el nuevo estudio?
El estudio muestra que ciertos conceptos de la física clásica, como el principio de acción mínima, pueden utilizarse para describir fenómenos cuánticos, creando un puente matemático entre ambos mundos.
¿Qué es el principio de acción mínima y cómo se aplica en este contexto?
El principio de acción mínima establece que el camino tomado por un objeto es aquel que minimiza la diferencia entre su energía cinética y potencial. Los investigadores adaptaron este principio para predecir comportamientos cuánticos, como los observados en el experimento de la doble rendija.
¿Cuáles son las implicaciones prácticas de esta investigación para la computación cuántica?
Los autores sugieren que su nueva formulación podría facilitar la predicción del comportamiento de sistemas cuánticos y dispositivos, lo que podría tener importantes aplicaciones en computación cuántica y en problemas que involucran tanto la física cuántica como la relatividad general.
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