Las Pequeñas Cosas Más Extrañas En La Naturaleza

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Electrones inflados, fotones indecisos y aspiradoras espumosas. La física se vuelve un poco rara cuando lo pequeño no puede hacerse más pequeño.

Cuando los pequeños no pueden reducirse, entras en el mundo cuántico de los quarks, los fotones y la espuma del espacio-tiempo. Le invitamos a echar un vistazo a este lado indivisible de la naturaleza, pero recuerde dejar su sentido común en la puerta.

Las personas tan lejanas como el filósofo griego Demócrito creían que las cosas se construían a partir de piezas irreductibles. El mismo Isaac Newton pensó que la luz no era una onda, sino una colección de diminutos "corpúsculos". Los físicos solo han adquirido recientemente herramientas con la resolución suficiente para ver el grano inherente de la naturaleza.

Aquí hay un rápido recorrido por la parte cuántica de las cosas que nos rodean.

Importar

Si divides un plátano, y luego lo vuelves a dividir, una y otra vez, una y otra vez... eventualmente desciendes a las células, moléculas, átomos. Cada átomo tiene un núcleo de protones y neutrones, con diminutos electrones zumbando alrededor. Tanto los protones como los neutrones contienen tres quarks.

Pero la disección se detiene allí: los electrones y los quarks son las piezas más pequeñas de la materia ordinaria.

¿Qué tan pequeños son? El electrón a veces se dice que es un par de femtómetros a lo ancho (aproximadamente una billonésima parte del ancho de un cabello), pero esto es engañoso. Los electrones y los quarks son más como nubes esponjosas que como bolas rígidas.

Esta hinchazón es el resultado de una incertidumbre cuántica inevitable: no se puede conocer con precisión el movimiento y la posición de una partícula al mismo tiempo. Si intentas mantener un quark quieto, casi no tienes idea de dónde está.

Tal deslizamiento hace que las medidas exactas de tamaño no tengan significado.

Ligero

Si encendemos nuestro bisturí en la luz, encontramos que su brillo aparentemente continuo en realidad está compuesto de pequeños haces de energía, llamados fotones. Sin embargo, no se moleste en entrecerrar los ojos para verlos: una bombilla de 100 vatios emite mil millones de billones de fotones por segundo.

Entonces, ¿estaba Newton bien? La luz es una partícula, no una onda? La respuesta es sí y no.

La luz actúa como una onda cuando haces un experimento buscando una propiedad de onda (como dispersarse a través de un agujero de alfiler). Se comporta como una partícula si pruebas una propiedad de la partícula (como chocar con electrones).

"Obtienes lo que pides" es un refrán común en la física cuántica.

Rotación

Las propiedades de las partículas también pueden ser "cuantificadas". Probablemente el ejemplo más extraño sea la rotación de partículas (lo que se llama espín) que, por cierto, no tiene nada que ver con cómo se mueve un planeta o una parte superior.

En primer lugar, las partículas solo tienen una velocidad de rotación: no pueden acelerar o disminuir la velocidad.

Y segundo, el eje de rotación depende de cómo se mire. En un experimento, un detector podría informar los puntos de giro de una partícula hacia el Norte, mientras que otro detector podría decir Este. ¡Y ambos tendrían razón!

Gravedad

La fuerza de la gravedad ha resistido en gran medida esta locura cuántica. Pero algunos físicos creen que la manzana de Newton cayó de su árbol gracias a los gravitones, partículas similares a los fotones que transportan la atracción gravitatoria.

La caída de las manzanas no generaría muchos gravitones, pero chocando con agujeros negros. Actualmente, los detectores están buscando señales de estas colisiones distantes, pero pueden pasar muchos años antes de que se encuentre cualquier evidencia de gravitones.

Vacío

Incluso nada Actúa de forma extraña en los niveles más pequeños. El vacío probablemente no está realmente vacío, sino que está lleno de partículas "virtuales" que constantemente parpadean dentro y fuera de la existencia.

Esta realidad virtual se deriva de una regla cuántica que dice que los eventos probables influyen en los resultados reales. Más específicamente, es posible (aunque altamente improbable) que las partículas y antipartículas salgan de la nada y luego se aniquilen rápidamente. Nadie ve que esto suceda, pero la suma de toda esta probabilidad cuántica es una energía real.

Espacio y tiempo

La energía de vacío anterior no es constante: se filtra y burbujea con burbujas del tamaño de la longitud de Planck (ver recuadro). Esta espuma deforma el tejido del espacio-tiempo, borrando las respuestas de cuándo y dónde.

Esencialmente, la geometría subyacente del mundo no es suave. En cambio, hay "píxeles" que no se pueden resolver más. Las partículas no se mueven continuamente, sino que dan pequeños saltos cuánticos de un píxel al siguiente.

Tal espacio-tiempo cuantificado, aunque aún no se ha observado, es el punto final de la pequeñez, así como el final de este recorrido.


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