La mecánica cuántica describe el comportamiento del fotón que incide en la superficie de un vidrio afirmando que se trata de un asunto de probabilidad: el fotón puede atravesar el vidrio o reflejarse de acuerdo con las propiedades de transparencia y reflectividad del vidrio. Suponiendo que éstas sean en alguna forma igualmente posibles, la probabilidad de transmisión y de reflexión será la misma, esto es, el 50%. Lo que hay que subrayar es que el fotón pasa o no pasa, es decir, no pierde su individualidad. Esta forma de explicación ilustra una de las características básicas de la física cuántica: sólo da probabilidades y no las certezas a las que nos había acostumbrado la física clásica. En la física cuántica la probabilidad entra como un elemento fundamental e irreducible de la descripción de la naturaleza. En el ejemplo anterior no podemos decir si un fotón determinado pasará o no pasará hasta que no lo hayamos observado y esto no se debe a que nos falte información, sino a que hemos aprendido que así es su comportamiento.

Lo dicho para los fotones –los "átomos" de luz– es válido para todas las partículas microscópicas. Los electrones, los protones y los neutrones, por ejemplo, se comportan a veces como ondas y a veces como partículas. Por eso los electrones pueden interferir y defractarse como los fotones cuando manifiestan su naturaleza ondulatoria, o bien seguir trayectorias determinadas cuando exhiben el comportamiento de partículas. Pero aunque la descripción cuántica de las partículas parezca vaga ha sido de una utilidad asombrosa. La mecánica cuántica nos ha permitido explicar en "forma atómica" fenómenos que a primera vista no parecería admitir tal tipo de explicación. Un ejemplo es describir la transmisión del sonido en una red cristalina como el paso de un haz de partículas llamadas fonones. De esta manera se explican ahora, en forma análoga a la propagacióin de la luz, las propiedades de la conducción del calor en muchos materiales sólidos.

 

Hay muchas más particularidades de la física cuántica que nos están ayudando a entender los fenómenos del mundo microscópico y no hay lugar aquí para siquiera enumerarlos. Sin embargo, es imposible no mencionar algo que esa teoría nos ha mostrado: toda observación altera lo observado.

Para ejemplificar este hecho se suele referir que para observar la posición de un electrón es preciso hacer incidir sobre él por lo menos un fotón y que esta interacción alterará la posición de esta partícula. En las palabras de uno de los creadores de la física cuántica, el profesor Dirac, la fineza de nuestra capacidad para observar y la disminución de la peturbación ocasionada por esa acción tienen un límite, el cual es inherente a la naturaleza de las cosas. El descubrimiento de que toda observación altera lo observado ha tenido consecuencias muy importantes en la construcción de la ciencia actual pues, como bien sabemos, la misma está basada en la observación de la naturaleza.

 

La física cuántica hoy

Entre los logros más difundidos de la teoría cuántica está la física atómica moderna, disciplina que explica las propiedades de las componentes básicas de los elementos químicos. Así sabemos, por ejemplo, que el helio es un gas cuyos átomos están formados por dos electrones unidos por una fuerza eléctrica producida por un núcleo muy pesado. Las propiedades de este elemento pueden explicarse satisfactoriamente en términos de la teoría cuántica, tanto en forma cualitativa como cuantitativa. Esa misma teoría nos ha permitido construir la física nuclear, que explica cómo está formado el núcleo atómico y por qué tiene las propiedades que lo caracterizan. En el caso del helio esta disciplina también ha dilucidado por qué es tan pesado su núcleo y por qué su forma natural es estable. Sabemos asimismo que los protones y neutrones que componen los núcleos atómicos están a su vez compuestos por otras partículas y que sus propiedades pueden describirse en términos cuánticos. Todo lo que hemos aprendido del mundo microscópico está ahora escrito en el lenguaje de la física cuántica.

 

En el otro extremo, el de lo grande del Universo, el conocimiento cuántico es también esencial. La vida de las estrellas y la formación de los elementos durante la evolución del Universo requieren del saber cuántico para su explicación. Más aún, el conocimiento de los primeros momentos de la existencia del Universo ha sido elaborado gracias al desarrollo de la física cuántica. La "forma" del Universo y la especulación acerca de su futuro son también temas que requieren de la física cuántica, aunque en este caso la aportación de esta teoría es todavía incipiente pues no contamos aún con una explicación cuántica de los fenómenos gravitatorios. Acerca de esto último cabe mencionar que hay ideas atractivas y promisorias que animan mucho la investigación en ese campo y que nos dan esperanza de extender con buen éxito nuestro conocimiento y confiar en que pronto dispondremos de una "teoría cuántica de la gravitación".

En la vida cotidiana la presencia del conocimiento cuántico es cada día mayor aunque todavía encubierta. La comunicación mediante satélites y teléfonos celulares, las computadoras y los lectores de discos compactos y códigos de barras emplean "circuitos integrados" –chips– para su funcionamiento, los cuales están formados por transistores, dispositivos hechos con semiconductores. El nombre de estos últimos proviene de que pueden ser o no ser conductores de la electricidad, de aucerdo con la forma en que los pongamos en operación y esta propiedad es de naturaleza cuántica. La electrónica actual y el creciente empleo de la fotónica –que usa la luz como base del funcionamiento de sus aparatos– están fundados en el conocimiento del mundo cuántico por lo que su divulgación es indispensable para comprender el mundo en que vivimos.