El extraño universo de la mecánica cuántica
La mecánica cuántica empezó con la simple idea de que la energía no está presente en cualquier cantidad, viene en fragmentos discretos, llamados cuantos (Quanta). Pero al profundizar en la teoría se ha descubierto que sus aplicaciones son sorprendentes y útiles.
- Superposición: Una partícula existe en distintos estados y lugares de forma simultánea. Esto es, un electrón puede estar en la punta de su dedo y en el rincón más lejano del Universo al mismo tiempo. Sólo cuando observamos la partícula, esta "escog" un estado en particular.
- Entrelazamiento cuántico: Dos partículas pueden entrelazarse de manera que sus propiedades dependan las unas de las otras, sin importar la distancia a la que estén. La medición de una parece afectar la medición de la otra instantáneamente, una idea que Einstein calificó de "espeluznante".
- Efecto túnel: Una partícula puede atravesar una barrera de energía, pareciendo que desaparece en uno de sus lados y reapareciendo en el otro. Gran parte de la electrónica moderna depende de este efecto.
Desaparecer en algún lugar y
reaparecer en otro. Estar en dos sitios a la vez. Transmitir información
a una mayor velocidad que la de la luz.
Son fenómenos que se explican –desde hace un tiempo– a partir de la rama de la física que estudia el comportamiento de la materia y de la energía: la mecánica cuántica.
Bienvenido a la frontera de lo que se conoce como biología cuántica.
Sigue siendo una disciplina tentativa, incluso especulativa, pero de continuar creciendo, podría revolucionar el desarrollo de nuevos medicamentos, computadoras y perfumes, o incluso contribuir a la lucha contra el cáncer.
Hasta hace poco tiempo, la idea de que la biología -una ciencia que a los ojos de los físicos es cálida, húmeda y desordenada- estuviera relacionada con los estados de la materia se consideraba una insensatez.
Pero poco a poco y usando la poca evidencia que se ha ido encontrando, la idea ha empezado a cobrar importancia, explicó Luca Turín, del Instituto Fleming en Grecia.
Plantas, aves y narices
"Básicamente hay tres áreas en las que empieza a ser evidente la presencia de la cuántica, tres fenómenos que han derribado la idea de que la mecánica cuántica no tiene nada que ver con la biología", le dijo Turín a la BBC.
La fotosíntesis es el proceso de la naturaleza que más se ha podido relacionar con la física cuántica.
La más evidente de las tres es la fotosíntesis, el eficiente proceso mediante el cual las plantas y algunas bacterias construyen las moléculas que necesitan, utilizando energía de la luz solar.
Cuando se observa el proceso de cerca pareciera que hubiera pequeños paquetes de energía al mismo tiempo, "probando" todos los caminos posibles para llegar a donde necesitan ir para después escoger el más eficiente.
"La biología parece haber sido capaz de utilizar este tipo de efecto en un ambiente cálido y húmedo, manteniendo la superposición. No logramos entender cómo lo hace", le dijo Richard Cogdell, de la Universidad de Glasgow a la BBC.
La sorpresa no acaba ahí. Se cree que trucos similares pueden encontrarse en el comportamiento animal: las hazañas de las aves que cruzan países, e incluso continentes volando de polo a polo en sus rutas migratorias, podrían tener relación con la física cuántica.
Los experimentos biológicos muestran que, al migrar, los petirrojos sólo se orientan a través de los colores de la luz, y que basta con una radiofrecuencia débil para confundir su sentido de dirección.
Pero las explicaciones dadas no alcanzan a explicar el fenómeno.
Para los defensores de la relación entre la cuántica y la biología, la orientación de los petirrojos al migrar se debe a un efecto de entrelazamiento cuántico.
Según este fenómeno físico, las partículas entrelazadas (en su término técnico en inglés: entangled) no pueden definirse como partículas individuales, sino más bien como un sistema.
Por más distanciadas que estén dos partículas "entrelazadas", ambas saben lo que pasa con la otra, incluso parecen poder transmitirse información a mayor rapidez que la velocidad de la luz.
Los experimentos sugieren que este fenómeno ocurre dentro de las moléculas individuales de los ojos de las aves.
John Morton, del University College London, explicó que la manera en que las aves lo perciben puede parecer aún más extraño.
"Podríamos imaginarnos que es una especie de pantalla de visualización frontal, parecida a la que tienen los pilotos: una imagen del campo magnético impresa sobre todo lo que ven a su alrededor ", apuntó.
La mayoría de los investigadores cree nuestro sentido del olfato depende únicamente de la forma que tienen las moléculas que aspiramos.
Pero el doctor Turín cree que, además de la forma, influyen las vibraciones de las moléculas, gracias a un efecto cuántico conocido como efecto túnel.
La idea sostiene que los electrones en los receptores de la nariz desaparecen en un lado de una molécula olfativa y reaparecen en el otro, dejando un poco de energía en el proceso.
Un artículo publicado en Plos One esta semana explica que las personas somos capaces de diferenciar dos moléculas de idéntica forma pero con diferentes vibraciones, lo que sugiere que la forma no es el único factor implicado en el proceso.
Lo que intriga a los investigadores es el alcance que puede tener la cuántica en los fenómenos de la naturaleza.
"No sabemos si estas tres áreas nos están introduciendo a todo un mundo por descubrir, o si realmente no hay nada debajo" –afirmó el doctor Turín. "No lo sabremos hasta que lo veamos"
'Sumamente importante'
Este tipo de fenómeno ha suscitado un gran interés a nivel global. En 2012, la Fundación Europea de la Ciencia puso en marcha su programa Farquest, con el objetivo de crear una estructura de investigación cuántica a nivel europeo en la que la biología cuántica juega un papel muy importante.Por otra parte, la Agencia de proyectos de investigación avanzados del departamento de Defensa de Estados Unidos (Darpa), estableció una red nacional de biología cuántica en 2010, y departamentos dedicados al tema están surgiendo en una gran cantidad de países que van desde Alemania a India.
Una mejor comprensión del olfato podría impulsar enormemente el negocio de la perfumería, con la creación de fragancias más personalizadas.
De igual manera, entender los trucos de la naturaleza podría contribuir al desarrollo de la próxima generación de computadoras cuánticas.
Pero el estudio de la biología cuántica puede tener repercusiones todavía mucho más profundas.
Algunos
investigadores sugieren que los petirrojos tienen una especie de imagen
del campo magnético impresa sobre todo lo que ven a su alrededor.
"Son una subfamilia de los receptores que tenemos en todas las células de nuestro cuerpo, hacen parte de los retos implicados en el desarrollo de nuevas medicinas", explicó.
"¿Qué pasa si existe una interacción receptor-droga que simplemente no estamos notando por no pensar que se puede tratar de un efecto cuántico? Un descubrimiento semejante podría tener profundas implicaciones en el desarrollo, la creación y el descubrimiento de fármacos".
Jim Al-Khalili, de la Universidad de Surrey, está investigando la posibilidad de que el efecto túnel se produzca durante mutaciones en nuestro ADN - una pregunta que puede ser relevante para comprender la evolución de la vida misma, o para la lucha contra el cáncer.
Como le dijo el científico le dijo a la BBC: "si descubrimos que el efecto túnel está presente en las mutaciones, existe la posibilidad de que la física cuántica pueda explicar por qué una célula se vuelve cancerosa.
"Este sinfín de opciones -añadió- te hace pensar en la posibilidad de que la física cuántica no sea únicamente nuestra pesadilla de secundaria, o un campo de estudio alternativo liderado por un grupo de personas con ideas estrafalarias. Si realmente puede ayudar a responder algunas de las preguntas más importantes de la naturaleza, se convertiría en una ciencia sumamente importante".
Fuente: