¿Existe Santa Claus? Parte II

Si respondemos a un niño cuando nos pregunte por la existencia de Santa Claus, con la entrada anterior el niño puede llevarse un disgusto tremendo. Por suerte, hay una contraexplicación al análisis hecho que considera los fenómenos cuánticos y que son bastante significativos en este caso. Así que no os preocupéis que Santa Claus os traerá los regalinos el 25 de Diciembre para que podáis jugar hasta hartaros.

Física cuántica

La mecánica cuántica forma parte de lo que los físicos llaman Física Moderna. Este es un sinónimo para la física del siglo XX. En realidad su nacimiento se debe al aporte de muchas personas, físicos y matemáticos. Podría escribirse un libro (y de hecho existen varios) sobre la historia de la mecánica cuántica. Aquí simplemente voy a enumerar los hechos relevantes para poder entender sus principios básicos:  

1. En 1900, Planck propuso que la luz era absorbida por la materia en cantidades específicas. Esto fue necesario para poder explicar observaciones en experimentos. Dicha afirmación fue retomada en 1905 por Einstein para poder explicar el efecto fotoeléctrico, trabajo por el cual ganó el Premio Nobel de Física en 1921. Quedó demostrado que la energía en el universo está cuantizada, y de ahí el nombre mecánica cuántica. 
2. Dualidad partícula - materia: el efecto fotoeléctrico puede interpretarse pensando en la luz como partículas y no como ondas. A estas partículas se les llamó fotones. Posteriormente, en 1925, de Broglie hizo la propuesta complementaria: las partículas pueden comportarse como ondas, lo cual logra comprobarse mediante experimento de difracción de electrones. Schrödinger propuso entonces la mecánica ondulatoria, nombre por el cual a veces se llama a la mecánica cuántica.
3. En 1925, Heisenberg postula su principio de incertidumbre, el cual recalca la necesidad de cambiar nuestra forma de percibir el mundo cuando se trata de fenómenos a nivel atómico. El principio de incertidumbre es simplemente una restricción: en el mundo de partículas tan pequeñas como los átomos, no podemos saberlo todo. Si sabemos exactamente donde está la partícula, no sabemos muy bien a qué velocidad y en qué dirección viaja; y viceversa. Esto nos impide trazar la trayectoria de cualquier objeto de la manera en que estamos acostumbrados en el mundo clásico. El principio de incertidumbre es el corazón mismo de la mecánica cuántica. Inicialmente nos puede parecer muy restrictivo estar sujetos él, pero en realidad permite comportamientos totalmente imposibles en nuestro mundo macroscópico, como es el efecto túnel. El concepto es simple: si tomás una bola y la hacés rebotar contra una pared, sabés que siempre regresará y que al menos que rompa la pared, la pelota estará siempre de tu lado de la pared. Pero si en vez de una bola tuviéramos un átomo, una molécula o un electrón, esto no es necesariamente verdad. Si sabemos a qué velocidad y hacia donde lanzamos la partícula, no sabríamos muy bien a donde se encuentra, y existe una posibilidad de que la partícula esté del otro lado de la pared. Es como si en vez de tener un partícula, estuviéramos hablando de una onda que al incidir sobre la pared se refleja parcialmente y se transmite parcialmente. Estas reflexiones y transmisiones parciales se concocen como efecto túnel y en la mecánica cuántica se interpretan como que existe una cierta probabilidad de que la partícula se encuentre del otro lado de la pared. Suena un poco loco, pero es un hecho de que muchos dispositivos electrónicos modernos funcionan basados en este principio.

En el mundo clásico podemos expresar perfectamente la posición y velocidad de una partícula, su estado, el lugar en el que se encontrará mañana a las once, todo. Pero en el reino de la mecánica cuántica, todo lo que podemos hacer es hablar de probabilidades. De ese modo, los electrones ya no "giran" alrededor del núcleo atómico como planetas en torno al Sol sino que se "encuentran" en todo el Universo a la vez, en el sentido de que hay una probabilidad más o menos pequeña, pero no nula, de que se halle en cualquier parte. Cuando miremos, y solamente cuando miremos, lo veremos en un lugar en concreto. La idea subyacente es que toda la información que tenemos sobre un electrón está contenida en una ecuación matemática de probabilidad, llamada función de onda. Esa función de onda tiene muchos estados posibles, y cuando efectuamos una observación la función de onda colapsa en un estado concreto. O dicho en román paladino, el electrón "decide" que se encuentra en un lugar.

Vamos a mejorar las cosas con un famoso ejemplo. ¿Les suena el gato de Schrödinger? Este simpático felino es uno de esos "experimentos mentales" que nos ayudan a explicar conceptos. Imaginemos que tenemos a un gato dentro de una caja, donde también guardamos una botella de veneno, un martillo y una partícula radiactiva. Si la partícula radiactiva se desintegra, activa un mecanismo que mueve el martillo, éste rompe la botella de veneno y el gato muere; si, por el contrario, no se desintegra, la botella permanece intacta y el gato tan contento. El problema es que, mientras no miremos, la función de onda de la partícula es una superposición de estados. Por decirlo así, hay un 50% de probabilidades de que se desintegre, y otro 50% de que no. Cuando hacemos una observación, se dice que la función de onda colapsa, y entonces sabremos si la partícula se ha desintegrado o no. Así pues, cuando miremos será cuando se decidirá si el gato vive o muere. Pero mientras no miremos, el gato estará en una superposición de estados. Es nuestra observación la que determinará su estado final. En cierto modo, mientras no miremos, el gato está vivo y muerto a la vez.

Esto aclara algunas incógnitas sobre Santa Claus. En primer lugar, su ubicuidad. Si fuese un sistema clásico, tendría que recorrer las casas de los niños uno por uno. Sin embargo, como sistema cuántico, tiene una función de onda que se extiende por los hogares de todos los niños buenos del mundo, de forma que en cierto sentido está en todos los lugares a la vez. Ignoramos el proceso exacto que utiliza en sus desplazamientos, pero en la actualidad se están haciendo experimentos relacionados con un fenómeno llamado teleportación cuántica, que permite trasladar partículas de un lugar a otro de forma instantánea. En realidad, lo que se transmite es la información que conforma la partícula, pero para el caso también nos vale. Quizá Santa se ha conseguido un análogo al transportador de Star Trek. La idea de que vuela por ahí en un trineo tirado por renos con nombres ridículos puede ser, sencillamente, una concesión a las mentes infantiles, poco dadas a pensar en términos mecanocuánticos. Quién sabe, tal vez dentro de cien años la imagen que tengan los niños sobre Santa Claus sea más parecida a la que vemos ahora en las pelis de Star Trek. Teletranspórtame, duende, y !zas!, ya está Santa donde quiere en nada de tiempo.

También podemos entender ahora la insistencia en decirles a los niños que, si oyen ruidos en el cuarto de estar, ni se les ocurra ir a mirar. La advertencia es sabia: si se nos ocurre hacer una observación, la función de onda "colapsa" y Santa Claus se encontrará en un solo lugar... muy probablemente a miles de kilómetros. Tendrá que volver a su estado cuántico, lo que significa tiempo perdido, ¡y solamente dispone de una noche! Es mucho mejor permanecer en silencio debajo de las sábanas y dejar que la mecánica cuántica siga su curso. Y si hemos dejado leche con galletas para reforzar la función de onda de Santa, mucho mejor.

Eso también explica por qué no encontramos la aldea de Santa Claus. Sabemos que se halla en algún lugar de Escandinavia septentrional. En esta época de satélites de espionaje-observación, GPS y Google Earth, encontrar su escondrijo debería ser tarea de chinos. Puede que, sencillamente, se encuentre protegido por una especie de escudo mecanocuántico de ocultación. En cuanto pasa un satélite con la intención de hacer una foto, el escudo y todo lo que hay debajo "colapsa" a un estado de inexistencia local, haciéndose temporalmente indetectable. Cuando pase el satélite, la aldea vuelve a su lugar. ¿A que mola?

Veamos ahora cómo un tipo tan gordo puede entrar por una chimenea... especialmente cuando no hay chimenea. Se trata del  efecto túnel. Santa Claus entra y sale de cualquier casa sin problemas, así que podemos suponer que su función de onda le permite atravesar ventanas y paredes a voluntad mediante efecto túnel. Por supuesto, si la barrera de potencial es menor, le resultará mucho más fácil. De ahí su preferencia por introducirse a través de la chimenea.

Espero que os haya convencido la explicación. O eso, o creernos que Santa Claus no existe. De modo que ya sabes lo que tienes que hacer: leche con galletas en la mesita del cuarto de estar, ni se te ocurra levantarte de la cama a medianoche ... y espero que hayas sido bueno este año. 

Fuente: Física de película