Las dimensiones del mundo atómico y su relación con el macro mundo

La física que estudia y explica los fenómenos que ocurren en el dominio de los átomos, de sus núcleos y de las partículas elementales se denomina cuántica; y la teoría matemática básica que explica los movimientos y relaciones en este campo se denomina mecánica cuántica. No se debe sin embargo pensar que la física cuántica no corresponde al mundo macroscópico, en realidad toda la física es cuántica; y las leyes de ésta tal como las conocemos hoy, constituyen nuestras leyes MÁS GENERALES de la naturaleza. 

En el mundo macroscópico las leyes de la naturaleza que se han descubierto son las denominadas leyes de la física clásica; en estas se tratan aquellos aspectos de la naturaleza para los que la cuestión de cuál es la constitución última de la materia no es algo que importe en forma inmediata. Cuando aplicamos las leyes de la física clásica a los sistemas macroscópicos tratamos de describir solamente ciertos rasgos globales del comportamiento del sistema. Los detalles más finos del comportamiento del sistema se ignoran. En este sentido las leyes de la física clásica son leyes aproximadas de la naturaleza y debemos considerarlas como formas límite de las leyes de la física cuántica, más fundamentales y que abarcan mucho más. Las teorías clásicas son teorías fenomenológicas. Una teoría fenomenológica intenta descubrir y resumir hechos experimentales dentro de un cierto dominio limitado de la física. No se persigue describirlo todo en el reino de la física, pero si es una buena teoría fenomenológica, describirá de manera muy precisa cualquier aspecto dentro de aquel dominio limitado. En realidad toda teoría física es fenomenológica (trata de los fenómenos o eventos o hechos que ocurren). 

Como decimos, las teorías clásicas no poseen validez universal, aunque son muy buenas teorías fenomenológicas, no lo dicen todo acerca de los cuerpos macroscópicos. Por ejemplo no podemos explicar por qué las densidades son lo que son, por qué las constantes elásticas de los materiales tienen los valores que tienen, por qué se rompe una barra cuando la sometemos a una tensión mas allá de cierto límite, por qué el cobre funde a 1083ºC, por qué el vapor de sodio emite luz amarilla, por qué brilla el sol, por qué el núcleo de uranio se desintegra espontáneamente, por qué la plata conduce la electricidad, por qué el azufre no conduce la electricidad; se podría seguir con muchos ejemplos de la vida cotidiana o que tienen cierto impacto en muchas de las cosas de esta vida cotidiana, acerca de los cuales la física clásica tiene poco o nada que decirnos. 

El hombre siempre estuvo y sigue estando interesado en conocer o poder explicarse de donde salió y como funciona todo, y por eso investiga buscando saber si existe una teoría general de la materia. No tenemos hoy en día una teoría detallada para todo lo que ocurre en nuestro mundo, sin embargo y sobre todo en el siglo XX, es mucho lo que se avanzó, por ejemplo comprendiendo ahora muy bien los hechos de la química y las propiedades de la materia macroscópica; en estos dominios de la física se puede hoy responder a cuestiones que no podían resolverse dentro de la teoría clásica. 

Podemos decir hoy que el modelo estándar de la física de las partículas, que se basa en las reglas de la mecánica cuántica, nos dice como está construido el mundo a partir de ciertos bloques fundamentales, que se mantienen unidos gracias al intercambio de energía en forma de partículas; pero no creamos que dicho modelo estándar es el definitivo ya que el ser humano a través de su inteligencia sigue en la búsqueda. Ahora yo me pregunto ¿Por qué sigue en la búsqueda? ¿Habrá algo innato, genético, incrustado en la naturaleza del hombre que lo lleva a esta búsqueda? ¿Será una llamada o un mensaje dejado por alguien? ¿Será la semejanza de un Dios creador que tenemos incorporada? Es muy probable que a nadie le interese esto como para dedicarle mas que una fracción de su tiempo; pero no podemos decir que sea cual fuere la duración de dicha fracción, si alcanzamos a percibir algo aunque sea a través del intellectus, nos quedamos totalmente maravillados. 

Cuando el físico Max Planck, estudió la radiación del cuerpo negro, que es un cuerpo incandescente, sacó su conclusión de que la energía era absorbida y emitida en cuantos de energía proporcionales a la frecuencia de la luz que se irradia. La constante de esta proporcionalidad es un numero, muy pero muy pequeño, del orden de 10-34 esto es 0,000000000000000000000000000000001. Es bueno ahora tratar de tener una cierta sensibilidad para darnos cuenta lo lejos que están nuestras experiencias diarias de lo que denominamos mundo cuántico. Si existiera un terrón de azúcar de dicha dimensión en cm, necesitaríamos varios billones (exactamente 1034) de dichos objetos para cubrir la distancia de 1 cm. Veamos que es esto en nuestra realidad. Si tomáramos la misma cantidad de terrones de azúcar (1034) y los pusiéramos uno al lado del otro, cubrirían una distancia de 1000 millones de años luz. El mundo cuántico opera en una escala mucho menor que la relación existente entre la dimensión de un terrón de azúcar y la de todo el universo observable. 

Detengámonos un momento en la dimensión de un átomo. Si aceptamos como modelo el de un núcleo y una “nube” externa de electrones, la dimensión del núcleo es de 10-13 cm y la de todo el átomo, o sea con la nube de electrones es 10-8 cm; para percibir la relación, si el núcleo fuera de 1 cm, la nube de los electrones más externos, estaría a una distancia de 105 cm esto es 1 Km.