Mecánica Cuántica (El mundo no es como lo vemos)

Tras una serie de experimentos que no se pueden entender con la física clásica, en el siglo XX surgió una teoría llamada Mecánica Cuántica. A medida que la teoría se desarrolló, motivó la realización de más experimentos que a su vez llevó a desarrollar más la teoría. La Mecánica Cuántica que se presentará aquí en partes es solo una parte de la teoría completa, cosnstituida por la Teoría de Campo Cuántica y la Electrodinámica Cuántica. La teoría cuántica y los experimentos concuerdan con una precisión notable.
A diferencia de lo que pasa en otros campos de la física, no hay analogías conceptuales confortables para ayudarnos a entender la mecánica cuántica. Los sistemas cuánticos se comportan diferente a cualquier cosa con la que nuestros sentidos nos familiarizan en nuestra existencia ordinaria, y por eso pasaron décadas entre las primeras evidencias experimentales del comportamiento cuántico, y los primeros modelos teóricos exitosos. Esto es también la razón de que los libros de texto sobre mecánica cuántica tienden a leerse como libros de receta - no hay otra motivación para calcular cantidades en la forma en que lo hacemos, más que porque funciona. Cuando hacemos cálculos cuánticos según dictan Schrödinger, Heisenberg, y otros, obtenemos respuestas que concuerdan con mediciones.

Para muchas personas, las matemáticas representan una barrera para aprender ciencia. Estas (las matemáticas) han sido el lenguaje de la física por más de cuatro siglos, y es dificil lograr progresos en el entendimiento del mundo físico sin matemáticas. ¿Por qué?.  Una razón es que el mundo físico parece estar gobernado por las leyes causa - efecto (aunque esto, en algún sentido, ya no ocurre en el contexto cuántico). Las matemáticas se utilizan comúnmente para analizar estas relaciones causales. Como un ejemplo muy simple, la sentencia matemática "dos más dos es igual a cuatro", implica que si tomamos dos objetos físicos y los combinamos con otros dos cualesquiera, terminaremos con cuatro objetos. Para ser un poco más sofisticado: si una manzana cae desde un árbol, caerá hacia el suelo, y usando matemáticas se puede calcular cuánto tiempo tarda en caer, si conocemos la altura desde la que cae, y la aceleración de la manzana debido a la fuerza de gravedad. Esto ejemplifica la importancia que tienen las matemáticas para la ciencia, dado su objetivo de predecir el comportamiento futuro de un sistema físico  y comparar estas predicciones  con los resultados  de mediciones. Nuestra confianza en la teoría se confirma, o se refuta, por la concordancia, o desacuerdo, entre la predicción y  la medición. Para poder hacer esa comparación, es necesario representar  tanto los resultados de los cálculos como los de las mediciones como números.

En física, la mecánica cuántica (conocida originalmente como mecánica ondulatoria) es una de las ramas principales de la física, explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores que se usan más que nada en la computación. La mecánica cuántica describe en su visión más ortodoxa, cómo cualquier sistema físico, y por lo tanto todo el universo, existe en una diversa y variada multiplicidad de estados los cuales, habiendo sido organizados matemáticamente por los físicos, son denominados autoestados de vector y valor propio. De esta forma la mecánica cuántica explica y revela la existencia del átomo y los misterios de la estructura atómica; lo que por otra parte, la física clásica, y más propiamente todavía la mecánica clásica, no podía explicar debidamente.