Entender el nobel de física es tan fácil como imaginar un trampolín

En un parque acuático de diversiones había una piscina con trampolines de diferentes alturas. Para poder lanzarse de uno, cada niño tenía que pagar una cantidad de dinero. Mientras más alto el trampolín, más alto era el precio. Las alturas eran de 1, 5, 10, 20 y 50 metros. Los precios correspondientes eran 1, 5, 10, 20 y 50 quetzales. Todos los niños querían tirarse desde el más alto, pero siendo éste más costoso, eran pocos los que podían hacerlo. Para algunos, quizá la decisión estaba entre lanzarse dos veces desde 50 metros o cien veces desde 1 metro, por el mismo precio. Lo cierto era que mientras menos altura tenía el trampolín, más alta era la afluencia de niños en el mismo. No cuesta mucho imaginar que eran pocos los padres que se permitían pagar los precios más altos de la diversión de sus niños. Ningún niño o niña era clavadista profesional. La cantidad de agua que salpicaba cada niño era mayor mientras mayor era la altura del trampolín.

Los empleados del parque eran tremendamente estrictos: para saltar del trampolín había que tener dinero.

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Octubre es el mes de los Premios Nobel. La semana pasada se anunciaron de física y química. El de física fue otorgado por la invención del diodo emisor de luz azul, y el de química, por la técnica que utiliza luz producida a nivel molecular para ser aprovechada como el microscopio más potente que se haya construido. Ahora vamos a traducir esto al español. Ambos premios comparten el mismo mecanismo de transformación de energía en luz. Lo que allí sucede desafía el sentido común: es el dominio de la rama de la física llamada mecánica cuántica, las leyes de la naturaleza que ordenan y rigen el microcosmos. En la escala de los tamaños atómicos el sentido común ya no tiene sentido ni es tan común y muchas cosas que parecen imposibles pueden suceder.

La mecánica cuántica nos dice que si un electrón salta de un nivel de alta energía a uno más bajo, la diferencia de energía es liberada emitiendo un fotón. El fotón es una partícula de luz y su color depende de la cantidad de energía que transporta. Si lleva mucha energía será de color azul, de lo contrario se verá de color rojo. Haga de caso el flash para una foto.

Una bici iluminada. Wikimedia Commons.

La forma de imaginar el proceso es la metáfora de la piscina y el trampolín. Los niños son los electrones, los trampolines son los niveles de energía, el dinero es la energía misma. La piscina es el nivel más bajo de energía y la cantidad de agua que se salpica en el clavado es la energía del fotón. Para mandar un electrón a un nivel energético más alto, hay que darle energía. Así, cuando le damos dinero al niño, éste puede subir al trampolín. Si le damos poca energía no puede llegar muy alto y cuando regresa al nivel más bajo, el fotón liberado suele ser rojo (poca agua salpicada).

En la piscina hay cinco trampolines y sus alturas no se pueden cambiar, es decir, que sólo pueden haber saltos de 1, 5, 10, 20 y 50 metros. No puede haber un clavado de 15 metros, por ejemplo. En los átomos sucede lo mismo. Los electrones pueden liberar energía (salta de un nivel a otro), pero lo harán siempre en cantidades predeterminadas, así como las alturas fijas de los trampolines. Éste es sin duda uno de los aspectos más insólitos y extraños: se dice entonces que la energía está cuantizada, es decir, que los electrones intercambian energía en pequeños paquetes y no pueden haber fracciones de los mismos. En el mundo cotidiano esto no sucede. El equivalente sería decir que para beber agua hay que hacerlo siempre en un número entero de vasos. Sería prohibido tomarse medio vaso o 2.3 vasos; o es un vaso, o son dos, o son tres, pero nada de fracciones. Suena absurdo. No tiene razón de ser. Sin embargo, así sucede con los electrones de un átomo y no hay manera alguna de que sea diferente. Así se comporta la naturaleza a esa escala.

Por esa y otras razones, se dice que la mecánica cuántica es extraña. Va en contra de la intuición. El ejemplo más conocido talvez sea el famosogato de Schrödinger, quien puede estar vivo y muerto al mismo tiempo, al ser sujeto de un experimento regido por la reglas de la mecánica cuántica.

El hecho que en el microcosmos se pierda el sentido común y la intuición cotidiana, no quiere decir que estemos perdidos. La primera mitad del siglo XX presenció el nacimiento de los principios y reglas matemáticas que dominan el reino de átomos y moléculas. A la fecha siguen siendo tan efectivos que nos han proporcionado tecnologías eficientes para alumbrar la oscuridad y ojos que penetran y espían las andanzas de las moléculas, cuya labor diaria es ser parte de la vida que poseemos, estudiamos y disfrutamos. Tecnologías dignas de un Premio Nobel.

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