Por qué materia oscura

Comportamiento cuántico y comportamiento clásico

¿Qué es un objeto cuántico?

Un objeto que obedece las reglas de la mecánica cuántica y que, por lo tanto, obedece al principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que el producto de la incertidumbre en la medida de posición y la correspondiente medida de cantidad de movimiento siempre es mayor que la constante de Planck dividido por cuatro pi, y cuya evolución en el tiempo queda descrita por la función de onda psi, resultado de la solución de la ecuación de onda de Schrödinger[1], para el caso de un objeto que conserva la energía, o la raíz de menos uno por la constante de Planck sobre dos pi multiplicados por la derivada de psi con respecto al tiempo resulta ser igual al hamiltoniano por psi. Donde el operador hamiltoniano, que representa al operador de energía del sistema cuántico, es igual a menos la constante de Planck al cuadrado sobre ocho por pi al cuadrado y por mu (la masa del sistema) multiplicados todos ellos por el cuadrado del operador de segunda derivada parcial respecto a los ejes de posición y sumado a todo esto la energía potencial de la región, que dependerá de la posición, obviamente, pero probablemente también del tiempo

en el caso más general.

¿Y cuáles son los objetos cuánticos?

En principio todos, desde las partículas sub-atómicas y resonancias o partículas elementales (como quarks, leptones, muones, etc.) hasta el Universo mismo, el cual podría ser descrito por una función de onda  supergigantesca y complicada, según algunos autores. O sea, en principio parece que toda la materia es un objeto cuántico, descrito por una ecuación de onda cuyo cuadrado (en realidad, el producto de su valor por su conjugado complejo es lo que proporciona el cuadrado de la función de onda psi) representa la probabilidad de medir un valor determinado de la propiedad.

¿Qué mantiene a los objetos cuánticos siendo cuánticos, o qué los identifica como objetos cuánticos en contraposición con los objetos clásicos, que obedecen a una lógica coherente con las limitaciones impuestas por la Teoría de la Relatividad General?

En principio, parecería que la coherencia. Esto es, objetos cuánticos que interactúan pueden “entrelazarse” y de esa forma sus propiedades espaciales sumadas dan una constante, de tal manera que cuando uno de ellos cambia el valor de su propiedad espacial, el otro automáticamente cambia el suyo para que la suma siga dando el mismo resultado, independientemente de la distancia que los separe, lo que se conoce como violación de la localidad. Asimismo, estos objetos entrelazados (sólo viable para objetos cuánticos) permanecen en un estado de “superposición” de todos los estados posibles, en tanto sus propiedades no son medidas (una especie de caos aleatorio), lo que implica que sus estados no son “reales” en el sentido de que no existen previamente a la medición, lo que se conoce como violación del realismo, evidentemente en contradicción con los principios de la Teoría de la Relatividad General, que asume la existencia de la realidad (o sea, de los estados de los objetos, previo a su medición).

¿Qué sucede entonces, con los objetos “clásicos” a los que estamos habituados, cuya localidad y realismo podemos verificar cotidianamente, si todos son objetos cuánticos?

Les sucede el fenómeno de decoherencia. Esto es pérdida de la coherencia, lo que sucede con la interacción del objeto con su entorno y hasta con el mismo observador (instrumento de medida). Aún cuando un objeto cuántico esté aislado por completo del entorno, la sola interacción de un fotón entre él y el observador, rompe la coherencia y lo desploma hacia un comportamiento local y realista, o sea, clásico.

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[1] La derivada segunda de psi con respecto a la posición, x, es igual al producto de ocho por pi al cuadrado, por la masa, por psi, por la diferencia entre la energía total y la energía potencial de la partícula, dividido por el cuadrado de la constante de Planck.