Fisica Cuantica

LOS CONSTRUCTORES DE LA CATEDRAL

En el mundo del átomo y sus componentes, todo aparece en montones (quantum = cuanto = montón). La masa, la energía, el momento, etc., aparece en montones: nada en este mundo es liso y continuo. Mecánica es el antiguo término para la Ciencia del movimiento, así que Mecánica Cuántica es la rama de la Ciencia dedicada a describir el movimiento de las cosas en el mundo subatómico. Mott la define como la rama de la Física que describe el comportamiento de los electrones en los átomos, en las moléculas y en los sólidos o también como la rama de la Física matemática que permite calcular las propiedades de los átomos. Sin embargo es algo más que eso:

la Mecánica Cuántica proporciona el soporte fundamental de toda la Ciencia moderna; sus ecuaciones describen el comportamiento de objetos a escala atómica, proporcionando la única explicación del mundo de lo minúsculo. Sin sus ecuaciones, los científicos no habrían sido capaces de diseñar centrales o bombas nucleares, construir láseres, explicar por qué el Sol se mantiene caliente, la Química estaría aún en una época oscura y no existiría la biología molecular, la comprensión del DNA, la ingeniería genética, etc.,etc.,etc.

El mayor problema que tenemos a la hora de ocuparnos de la Mecánica Cuántica procede de nuestra suposición inconsciente de que las cosas se comportarán del mismo modo en el mundo cuántico que como lo hacen en el mundo normal de nuestra experiencia. No hay ninguna razón para esperar que cuando contemplamos objetos muy pequeños u objetos muy veloces, éstos se comporten de la misma forma que lo hacen los objetos con los que estamos familiarizados. La Física Cuántica representa una de las conquistas fundamentales de la Ciencia, mucho más significativa y directa, desde el punto de vista práctico, que la Teoría de la Relatividad.

En su mundo, las leyes habituales de la Física dejan de funcionar: los acontecimientos pasan a estar gobernados por probabilidades. La Relatividad y la Mecánica Cuántica constituyen las teorías básicas de la Física moderna; independientemente del grupo de Gotinga, Dirac descubrió que las ecuaciones de la Mecánica Cuántica tienen la misma estructura matemática que las ecuaciones de la Mecánica clásica, y que ésta es un caso particular de la Cuántica correspondiente a grandes números cuánticos o a dar el valor 0 a la constante de Plank.

La Mecánica Cuántica es como una catedral que se levanta dentro del gran edificio de la Física, de la Ciencia entera. Su construcción arranca con la genial idea de un fundador, Max Plank, un gran seguidor, Bohr, un revolucionario, De Broglie, unos padres, Schroedinger y Heisenberg, un gran matemático, Dirac, y muchos continuadores. Conozcamos, aunque sea brevemente, las biografías de algunos de estos científicos.

1.-1.- MAX PLANK

Físico alemán nacido en Kiel, Schleswig, el 23 de abril de 1858 y muerto en Gotinga, el 3 de octubre de 1947. La familia de Plank se trasladó a Munich cuando Max era todavía un niño, y allí recibió su primera enseñanza. En los tiempos universitarios se fue a Berlín, en donde tuvo de profesores a Helmholtz y Kirchhoff. En 1885 fue profesor en la Universidad de Kiel, y en 1889, en Berlín, donde permaneció hasta su retiro en 1926. El trabajo doctoral de Plank versó sobre Termodinámica; en particular se fijó en el problema del cuerpo negro, que absorbe todas las frecuencias de la luz y por eso cuando se calienta las emite.

En 1900 consiguió una ecuación muy simple que describía con precisión la distribución de irradiación de las variadas frecuencias; se basaba en una suposición decisiva: la energía no es divisible indefinidamente. Como la materia, estaba formada por partículas, a las que llamó cuantos, siendo el tamaño de cada uno, para cada radiación electromagnética, directamente proporcional a su frecuencia. A la pequeña constante de proporcionalidad se la llamó, en su honor, constante de Plank, y se reconoce ahora como una de las constantes fundamentales del Universo.

Esta teoría era tan revolucionaria que ni el mismo Plank creía completamente en ella, sospechando que podía ser una trampa matemática sin ninguna relación con algo real. Pero cuando Einstein la aplicó al efecto fotoeléctrico y Bohr al modelo atómico con tan excelentes resultados, la teoría cuántica había alcanzado tanta importancia que Plank recibió el Nobel en 1918. En 1930, Plank fue nombrado presidente de la Sociedad Kaiser Guillermo, de Berlín, que por él recibió el nombre de Sociedad de Max Plank. En su ancianidad, su celebridad sólo fue superada por la de Einstein; se opuso a Hitler y no prestó ni su prestigio ni su opinión al régimen, viéndose forzado a dimitir de la presidencia de la Sociedad en 1937. Fuerzas americanas le rescataron en 1945 durante los últimos días de confusión antes de la derrota final alemana.

Le nombraron de nuevo presidente de la Sociedad hasta encontrarle un sucesor y le trasladaron a Gotinga, donde pasó sus dos últimos años estimado y respetado.

1.-2.- NIELS BOHR

Físico danés nacido en Copenhague el 7 de octubre de 1885 y muerto en la misma ciudad el 18 de noviembre de 1962. Hijo de un profesor de Fisiología, estudió Física en la Universidad de Copenhague, donde también destacó como un gran jugador de fútbol. Trabajó en Cambridge con Rutherford, volviendo en 1916 a la Universidad de Copenhague como profesor de Física. En 1913 ya tenía ideado su modelo del átomo, que fue el primer intento razonable y con éxito para explicar el espectro de un elemento a partir de la estructura interna de dicho átomo, y usar los datos espectrocópicos para explicar la estructura interna del átomo, utilizando las ideas cuánticas de Plank. Fue incapaz de desarrollar modelos atómicos satisfactorios de elementos más complejos que el hidrógeno, y su modelo primitivo fue perfeccionado por otros científicos, aunque siempre quedó como un híbrido cuantico-clásico. Mantuvo un interminable debate con Einstein sobre los principios de la Mecánica Cuántica, de la que fue un convencido defensor, y los hechos científicos acabaron dándole la razón.

En 1940, las tropas de Hitler invadieron Dinamarca, y para evitar ser encarcelado (no cooperó en la ocupación), huyó a Inglaterra, y posteriormente a Estados Unidos, donde intervino en el proyecto de la bomba atómica de Los Alamos, hasta 1945. Trabajó incansablemente en favor del desarrollo de la energía atómica para usos pacíficos, organizando la primera Conferencia de Atomos para la Paz en Ginebra.

1.-3.- ERWIN SCHROEDINGER

Físico austríaco nacido en Viena en 1887 y muerto

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