¿Te has preguntado alguna vez cómo encuentran las aves instintivamente el rumbo a través de miles de kilómetros de cielo abierto durante la migración? ¿O cómo funciona la fotosíntesis o el sentido del olfato humano?
A pesar de todos nuestros esfuerzos por comprenderlos, procesos naturales como estos son desconcertantes. Pero, recientemente, los científicos han estado utilizando la física cuántica para desentrañar algunos de los misterios más persistentes de la naturaleza.
Túneles fantasmagóricos
El ámbito de la física cuántica es, a veces, extraño y confuso. Contiene varios principios que desafían la lógica, como el efecto túnel cuántico, por el que una partícula puede atravesar un objeto sólido como un fantasma.
Otro aspecto insólito de la física cuántica es el entrelazamiento, que Albert Einstein llamó célebremente «acción fantasmal a distancia». Se produce cuando dos partículas establecen una conexión a una distancia desconocida, que podría ser de un milímetro o del ancho de un universo, y una de las partículas puede desaparecer de un lugar y reaparecer en otro.
Este mundo extraño y maravilloso trastoca los conocimientos científicos aceptados y crea obstáculos para el pensamiento convencional.
Mecánica bacteriana
Aunque el entrelazamiento pudo parecerle «fantasmal» a la brillante mente de Einstein, desde entonces la comunidad científica ha lidiado con este y otros aspectos contraintuitivos de la física cuántica.
Algunos han dado la espalda a las teorías cuánticas que cuestionan las leyes de la física aceptadas.
Pero, a pesar de sus aspectos inusuales —o quizá precisamente por ellos—, la física cuántica está mejorando nuestra comprensión del mundo natural, hasta el punto de que ya no se pueden pasar por alto algunas de estas teorías.
La comunidad científica del Foro Económico Mundial ha seleccionado la investigación cuántica como una de las «fronteras del futuro» más importantes de la ciencia.
Y el campo emergente de la biología cuántica podría ser la clave para explicar lo que antes era inexplicable.
Un nuevo estudiosugiere que es posible inducir «entrelazamiento cuántico» en bacterias vivas. Si se confirma que las bacterias presentan efectos cuánticos, esto constituiría la primera prueba de interacción entre la materia orgánica macroscópica y el mundo cuántico subatómico.
¿Y qué hay de la fotosíntesis?
Varios estudios han relacionado una reacción cuántica con el proceso de la fotosíntesis. Las células vegetales captan partículas de luz, que liberan partículas que recogen energía, llamadas excitones. Los excitones llevan la energía al centro de reacción, donde se transforma en energía química y la planta la metaboliza.
Todo ocurre en una milmillonésima de segundo para evitar la pérdida de calor y con total precisión. Aunque los excitones no recorren una única ruta, la energía llegaba instantáneamente al centro de reacción, pero no estaba claro cómo.
En un experimento de 2007, el biofísico Greg Engeldemostró que los excitones experimentan una reacción cuántica llamada superposición, en la que las partículas pueden existir simultáneamente en dos lugares y en dos estados: como partícula y como onda.
Engel, profesor de la Universidad de Chicago y Joven Científico del Foro Económico Mundial, descubrió que los excitones pueden viajar como una onda y explorar todas las rutas posibles hasta el centro de reacción para identificar la más eficiente.
Dijo a Physics World: «La idea general de que el lenguaje y las matemáticas de la información cuántica, incluida la coherencia, pueden utilizarse para comprender la dinámica fotosintética en experimentos de espectroscopia ultrarrápida parece estar ganando aceptación».
Entonces, ¿cómo migran las aves?
Al igual que los seres humanos usaban brújulas para orientarse en mar abierto, las aves se guían mediante una brújula química interna que detecta señales del campo magnético de la Tierra. Como la señal es débil, los científicos no saben con certeza cómo la detectan las aves.
Investigadores de la Universidad de Oxfordestudiaron los hábitos migratorios del petirrojo europeo. Plantean que, cuando un fotón de luz solar alcanza la retina del petirrojo, se liberan dos electrones no apareados. Cada electrón gira para alinearse con el campo magnético de la Tierra y guía al ave hacia climas más cálidos.
Simon Benjamin, otro físico de la Universidad de Oxford, propone que el proceso es resultado del entrelazamiento cuántico, lo que también podría explicar cómo los insectos se orientan con precisión.
Descifrar los olores
Los científicos no han logrado determinar con precisión cómo distingue la nariz humana la multitud de olores con los que se encuentra. Las moléculas del aire entran en la fosa nasal e interactúan con los receptores para diferenciar unos olores de otros, pero no está claro cómo ocurre esto.
El químico Luca Turin, del Centro de Investigación de Ciencias Biomédicas Alexander Fleming, en Atenas, plantea que las moléculas contienen electrones que llegan al otro lado del receptor nasal mediante el efecto túnel cuántico. Una vez al otro lado, el electrón envía una señal al cerebro para identificar el olor, haciendo posible el olfato a nivel subatómico.
El físico teórico, autor y divulgador Jim Al-Khalili compara el inverosímil fenómeno del efecto túnel cuántico con lanzar una pelota de tenis contra una pared sólida y verla desaparecer y reaparecer al otro lado.
En una charla de TedGlobal en Londres, explicó: «El efecto túnel cuántico ocurre constantemente; de hecho, es la razón por la que brilla nuestro Sol. Las partículas se fusionan, y el Sol convierte hidrógeno en helio mediante el efecto túnel cuántico».
En su charla, Al-Khalili recordó una cita del físico danés Niels Bohr, pionero de la mecánica cuántica, quien dijo sobre esta disciplina: «Si no te asombra, es que no la has entendido».},
