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¿FISICA�QUE???...CUANTICA!

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EL�NACIMIENTODE�LA�CUANTICA�COMO�TEORIA

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ENSAYO

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EDUARDO�YVORRAPOR

Es decir, cuando puedo detectar con precisión laubicación de un electrón, en ese instante este(electrón) no tiene una velocidad determinada. Estono es un resultado de deficiencias o errores en lasmediciones, sino una característica intrínseca, unaimposibilidad propia de las denominadas entidadescuánticas.

De su desarrollo matricial, determinó unvalor numérico para sudiciendo que la incertidumbre de una variableconjugada, por Ej. la posición, multiplicada por laincertidumbre en la otra variable conjugada, elmomento, será siempre mayor que una constante:

Físicamente esto lo podemos entender

Principio de Incertidumbre,

como que amedida que reduzco la incertidumbre en ladeterminación de la posición (se reduce ), elmomento de la entidad cuántica será más incierto(aumenta ), de manera tal que la desigualdad queexpresa el se mantenga.

Paralelamente a los desarrollos de , otrofísico, , prefería basar susinvestigaciones a partir de las conclusiones de

, sobre todo porque la Teoría de leresultaba extremadamente compleja, carente defiguras y con muchas complicaciones matemáticas.Así y todo, su concepción –tampoco sencilla- fue unaecuación diferencial (cuya solución es una función yno un valor numérico), denominada

La solución de esta ecuación resulta seruna onda que describe “mágicamente” los aspectos

Dx

DpPrincipio de Incertidumbre

Ecuación deSchrodinger.

Heisenberg

HeisenbergErwin Schrodinger

DeBroglie Heisenberg

Dx.Dp>h/2p.

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EL�NACIMIENTODE�LA�CUANTICA

COMO�TEORIA

ntre 1925 y 1926 se publicaron tres trabajosindependientes que resultaron ser desarrollosequivalentes de una teoría cuántica completa:

un físico de 20 años, expresó que sucarrera comenzó en un encuentro con dondeeste le dijo que los átomos no eran cosas. Entonces

se preguntaba ¿De qué sirve hablar detrayectorias invisibles para electrones que sedesplazan dentro de átomos también invisibles?

Así intentó diseñar una suerte de código querelacionara los números cuánticos de y losestados de energía de un átomo, con las frecuencias ylos brillos de los espectros de luz que sedeterminaban experimentalmente. Al igual que

consideró al átomo como unoscilador (un resorte) virtual capaz de producir através de las oscilaciones, todas las frecuencias delespectro. Desecho así la imagen del átomo como unpequeño sistema solar. A partir de un desarrollo deálgebra matricial bastante complejo,desarrollo una teoría cuántica completa,incorporando también su famoso principio deincertidumbre. Como ya mencionamos, esteprincipio establece que para pares de valoresdenominados conjugados, tales como el momento(m.v) y la posición, las entidades cuánticas (electrón,fotón, átomos) no pueden tener valoresdeterminados precisos de dichas variablesconjugadas simultáneamente.

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Mecánica�matricialMecánica�ondulatoriaÁlgebra�cuántica

Werner�Heisenberg.Erwin�Schrodinger.

Paul�Dirac.

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Planck, Heisenberg

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EDUARDO�YVORRA

cuánticos del sistema. La interpretación física deesta onda fue uno de los grandes problemasfilosóficos de la mecánica cuántica.

Donde es la solución de la ecuación deFue quien finalmente le dio a

la función de onda el concepto de probabilidadestableciendo que la intensidad de la función deonda, es decir el cuadrado de la amplitud, mide laprobabilidad de encontrar a la entidad cuánticadescripta por la onda en una posición determinadadel espacio; la onda determina la factibilidad deque el electrón esté en una posición determinada, adiferencia del campo electromagnético, y que no secorresponde con una realidad física. Este conceptoes realmente complejo, dado que establece que unaentidad cuántica tal como un electrón existe en unasuperposición de estados cuánticos, cada uno deellos con una probabilidad de ocurrenciadeterminada a través de la función de ondacorrespondiente. Esta idea de la superposición es laque no aceptara por parecerla absurday que tratara de rebatirla con su famoso experimentode pensamiento conocido como

En 1925, dio una conferencia enCambridge donde mencionó sus trabajos acerca dela Teoría Cuántica.

Teoría Cuántica

Teoría delOperador Álgebra Cuántica.

Teoría Cuántica TeoríaEspecial de la Relatividad

spin

Una copia de sus borradoresacerca de la mecánica matricial llegó a manos deljoven Este a partir de los mismos,desarrolló su propia versión de laque resultó ser más amplia que las versiones de

en realidad, éstasresultaban casos particulares incorporados en eldesarrollo de , conocido como

o Los tres desarrollosconsiderados como una teoría cuántica completaproducían los mismos resultados, por caminosdiferentes.

Más adelante, logra incorporar a los conceptosde la los requerimientos de la

para así llegar a dar unadescripción completa del electrón. En estos trabajos,la solución matemática de sus ecuaciones llevaba a laconclusión de la necesidad de la existencia de unanueva partícula, de iguales características que elelectrón, pero con carga positiva. Fue así comopredijo la existencia de la antimateria, a pesar deque no tenía claro su significado físico. Finalmente,en 1932, descubre el positrón o anti-electrón confirmando los resultados teóricos de

.

también trabajó en las reglas estadísticasque describen los comportamientos de grandesnúmeros de partículas cuyos valores de son

d2y/dx2�+8p2m/h2.(E-V).y=�0

y

y

El gato deSchrodinger.

Schrodinger. Max Born

Schrodinger

Heisenberg

Paul Dirac.

Heisenberg Schrodinger

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Carl Anderson

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Paul Dirac

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EL�NACIMIENTO�DE�LA�CUANTICA�COMO�TEORIA

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valores medios de números enteros (el electrón tiene). Investigaciones similares fueron llevadas a

cabo en forma independiente por el físico, de allí que estas reglas estadísticas que

explican el comportamiento de cierto tipo departículas se denomina ,y a las partículas se las denomina genéricamente

, concepto este que se desarrollará másadelante.

Estos desarrollos teóricos dey , si bien proporcionaron una

perfecta descripción matemática de los fenómenosatómicos, no iluminaban el cuadro físico. ¿Cuál era elsignificado de las ondas y las matrices? ¿Cómo estánestas relacionadas con nuestras nociones de sentidocomún acerca de la materia y el mundo en el cualvivimos? nos proporciona ciertasrespuestas.

En un trabajo publicado en 1927, comienza suargumentación haciendo referencia a la teoría de larelatividad de , la cual, al ser publicada, fueconsiderada como contradictoria para el sentidocomún por muchos físicos. Luego, en un dialogoimaginario con continúa diciendo:

sentido común paraes la manera en que las cosas tienen que ser. Peroentonces ¿Qué significa esta manera de ser de lascosas?, sencillamente, como siempre fueron.

fue probablemente el primero en darsecuenta de la importancia de saber que las nocionesbásicas y las leyes de la naturaleza, a pesar de estarbien establecidas, eran válidas solo dentro de loslímites de la observación, y que no necesariamenteseguirían siendo válidas fuera de estos límites. Paralas personas de la antigüedad, la tierra era plana,pero no para o para los astronautas. Lasnociones físicas básicas de espacio, tiempo ymovimiento, estaban bien establecidas y sujetas alsentido común hasta que la ciencia avanzó más alláde los confines en los que trabajaron los científicosdel pasado. Entonces surgió una contradiccióndrástica que forzó a a abandonar las ideasdel respecto al tiempo, lamedida de las distancias y la mecánica; y dirigirsehacia la creación de la fueradel Resultó entonces que para muyaltas velocidades, distancias muy grandes y largosperíodos de tiempo, las cosas no eran lo que

porque

dice que la misma situación es la queexiste en el campo de la , él procedióa averiguar qué era lo que fallaba con la Mecánicaclásica de las partículas materiales cuando laintroducimos en el campo de los fenómenosatómicos. Así como comenzó el análisiscritico del fracaso de la física clásica en el campo

¿Qué es el sentido común?,

“viejo sentido común”

Teoría de la Relatividad“sentido común”.

“deberían ser” “siempre habían sido así”.

Teoría Cuántica

s=1/2

Fermiones

Estadísticas de Fermi-Dirac

EnricoFermi

Heisenberg,Schrodinger Dirac

Heisenberg

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Kant, HeisenbergKant

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EDUARDO�YVORRA

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relativista, hizo lo propio con laMecánica clásica atacando la noción básica de laTrayectoria de un cuerpo en movimiento. Durante

Heisenberg

Heisenberg

De Broglie-Schrodinger! y ! 2

y

tiempos inmemoriales, la trayectoria había sidodefinida como el camino a lo largo del cual un cuerpose mueve a través del espacio. En el caso límite, elcuerpo era un punto matemático sin dimensión deacuerdo a la definición euclidiana, mientras que elcamino o trayectoria era una línea matemática ,también sin dimensión.

Nadie dudaba que esta era la mejor descripción demovimiento y que mediante la reducción de loserrores experimentales de medición de lascoordenadas y la velocidad de la partícula que semueve, podríamos llegar a una descripción exactadel movimiento. dijo que esto solo escierto en un mundo donde gobiernan las leyes de lafísica clásica, pero no en un mundo cuántico. Es poresta razón que en el mundo cuántico es necesariodesarrollar otro método para describir elmovimiento de las partículas diferente a latrayectoria que utilizamos en la física clásica.

Aquí es donde la función de onda viene en nuestraayuda. Esta función de onda no representa unarealidad física y no es más material que lastrayectorias lineales de la Mecánica clásica. Lafunción de onda puede ser descripta como una líneamatemática ampliada. Ella guía el movimiento de laspartículas en la Mecánica cuántica, en el mismosentido que las trayectorias lineales guían elmovimiento de las partículas en la Mecánica clásica.Así como no consideramos que las orbitas de losplanetas son como rieles que obligan a los mismos aseguir trayectorias elípticas, no debemos considerara las funciones de onda como un campo de fuerzaque influencia el movimiento de los electrones. Lafunción de onda de o mejordicho el cuadrado de su valor absoluto , solodetermina la probabilidad de que la partícula seaencontrada en uno u otro lugar del espacio y que semoverá con una u otra velocidad.

7FISICA�CLASICA�VS.�FISICA�CUANTICA,

SUS�DIFERENCIAS

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EL�NACIMIENTO�DE�LA�CUANTICA�COMO�TEORIA

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