La mecanica cuantica y sus postulados

A REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION

LOS TEQUES – MIRANDA

U.E.I.P BOYACÁ

LA MECANICA CUANTICA Y SUS POSTULADOS

Profesor

González, Richard                                                                                        Alumnas

Chen, Irene #05

Fiorillo, Maria #15

Los Teques, junio de 2016

INTRODUCCIÓN

      El entendimiento de la física del micromundo resulta imposible sin el conocimiento de las representaciones cuánticas. El objetivo fundamental de este trabajo es introducir los conceptos y principios fundamentales de la física cuántica. El contenido se desarrolla a partir de los hechos experimentales que obligaron la introducción de estos nuevos conceptos, siguiendo hasta cierto punto el desarrollo histórico.

      En el presente trabajo posee como contenido los principios de la física cuántica, algunos conceptos básicos, así mismo en conjunto al desarrollo de la mecánica cuántica y sus postulados.

Física Cuántica

   La física se encontró con resultados experimentales para los cuales el cuerpo teórico desarrollado hasta ese momento no tuvo explicación. Hasta el siglo XIX, con las leyes de Newton para la dinámica y las ecuaciones de Maxwell para los fenómenos electromagnéticos, se podría explicar satisfactoriamente la mayoría de los fenómenos conocidos. Sin embargo, está física, conocida como física clásica, resultó insuficiente para explicar ciertos fenómenos tales como era el comportamiento de los átomos y las partículas subatómicas. Ciertos tópicos de la física como la radiación térmica del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico, la medición de la velocidad de la luz y los espectros atómicos crearon tal incertidumbre en la física que impulsaron el desarrollo de nuevos modelos para explicar el fenómeno de lo muy pequeño.

   La física moderna a partir de esa etapa se intentó desplegar en tres apasionantes direcciones: teoría de la relatividad, la mecánica cuántica y la física nuclear. De esta manera la ciencia física fue haciendo una construcción de nuevos modelos o concepciones del espacio- tiempo, propuestos en la teoría espacial de la relatividad por el físico Albert Einstein. Esta teoría, según la cual, el universo de cuatro dimensiones (tres espaciales y el tiempo) se deforma en presencia de la masa. Es decir, la gravitación es un efecto geométrico de la curvatura del espacio-tiempo.

   Esta nueva física es conocida con el nombre de física moderna o física cuántica. en ella se habla del concepto de energía y la cuantización de la carga, revolucionando así el desarrollo de la historia física. La física cuántica permite describir el comportamiento de la materia, de la luz y de los acontecimientos a escala atómica y subatómica, por eso se dice que la mecánica cuántica es la parte de la física que estudia el movimiento de las partículas muy pequeñas. Así pues, aunque la mecánica cuántica pueda parecernos extraña y alejada de la vida cotidiana, sus aplicaciones están presentes en la sociedad en forma de células fotoeléctricas, microscopios electrónicos o rayos láser. Ella es, conjuntamente con la teoría de la relatividad, uno de los grandes triunfos de la física del siglo XX.

Mecánica Cuántica

   La mecánica cuántica es una teoría, desarrollada dentro de las Ciencias Físicas, y que originó una rama dentro de ellas, que versa sobre la estructura atómica y molecular, formulada casi al unísono, en 1926, pero en forma independiente y con lenguaje matemático (de allí el nombre de “cuántica”) por el físico austriaco Edwin Schrödinger (1887-1961) el británico, Paul Dirac (1902-1984) y el alemán Werner Heisenberg (1901-1976) siendo el último de ellos el que la llamó mecánica cuántica (Schrödinger la denominó mecánica ondulatoria). La mecánica cuántica explica cómo se comportan tanto la energía como la materia, a escala pequeña o reducida, es decir a nivel atómico o de partículas, lo que no era posible en la mecánica clásica, aplicada a lo macroscópico. El concepto de partícula "muy pequeña" atiende al tamaño en el cual comienzan a notarse efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud infinita y a la vez la posición y la velocidad de una partícula, entre otros. A tales efectos suele denominárseles "efectos cuánticos".  Los enlaces de moléculas se basaron en esta teoría. Las funciones de onda se inspiraron en las ecuaciones de onda expuestas por Schrödinger, representando la energía del electrón.

   Fueron el físico alemán Max Planck, que vivió entre los años 1858-1947 (estudió la energía que irradian aquellos cuerpos calientes, no reflejantes, conocidos como “cuerpos negros”), Joseph J. Thomson (descubrió en 1897 el electrón, y en 1904 expuso su modelo de estructura atómica), Ernest Rutherford (clasificó las partículas radioactivas y comprobó la existencia e importancia del núcleo atómico), Albert Einstein (con sus aportes sobre la cuantización de la luz, y de su consideración como onda pero también como partícula) y Niels Bohr (con su nuevo modelo de átomo) los que revolucionaron los campos de la materia y la energía en cuanto a su naturaleza y contribuyeron al desarrollo de la mecánica cuántica. La mecánica cuántica es la base de los estudios del Átomo, los núcleos y las Partículas elementales (siendo ya necesario el tratamiento relativista), pero también en Teoría de la información, criptografía y Química.

   Entre los hechos históricos dentro del descubrimiento de este nuevo fenómeno se encuentran:

• Espectro de la radiación del cuerpo negro, resuelto por Max Planck con la cuantización de la energía. La energía total del cuerpo negro resultó que tomaba valores discretos más que continuos. Este fenómeno se llamó cuantización, y los intervalos posibles más pequeños entre los valores discretos son llamados quanta (singular: quantum, de la palabra latina para «cantidad», de ahí el nombre de mecánica cuántica). La magnitud de un cuanto es un valor fijo llamado constante de Planck, y que vale: 6.626 ×10-34 julios por segundo.
• Bajo ciertas condiciones experimentales, los objetos microscópicos como los átomos o los electrones exhiben un comportamiento ondulatorio, como en la interferencia. Bajo otras condiciones, las mismas especies de objetos exhiben un comportamiento corpuscular, de partícula, («partícula» quiere decir un objeto que puede ser localizado en una región concreta del espacio), como en la dispersión de partículas. Este fenómeno se conoce como dualidad onda-partícula.
• Las propiedades físicas de objetos con historias asociadas pueden ser correlacionadas, en una amplitud prohibida para cualquier teoría clásica, sólo pueden ser descritos con precisión si se hace referencia a ambos a la vez. Este fenómeno es llamado entrelazamiento cuántico y la desigualdad de Bell describe su diferencia con la correlación ordinaria. Las medidas de las violaciones de la desigualdad de Bell fueron algunas de las mayores comprobaciones de la mecánica cuántica.
• Explicación del efecto fotoeléctrico, dada por Albert Einstein, en que volvió a aparecer esa "misteriosa" necesidad de cuantizar la energía.
• Efecto Compton.

Postulados de la mecánica cuántica

   Un postulado es un enunciado que se propone como cierto sin necesidad inicial de prueba y que se utiliza como punto de partida para la construcción lógica de una teoría. La validez de la teoría se examina a posterior, comprobando que se pronostica correctamente el resultado de experimentos controlados. Debe recordarse que no se puede demostrar que una teoría científica sea cierta, sino sólo que es falsa. Por lo tanto, la validez de una teoría siempre es provisional, y siempre debemos estar prevenidos para que un nuevo ámbito, un nuevo tipo de fenómenos, muestre las limitaciones y los errores del formalismo. La Mecánica Cuántica, en su versión completa de Electrodinámica Cuántica (QED), es la teoría científica más precisa que se ha construido nunca, y ha sido sometida a una enorme y muy sofisticada colección de verificaciones experimentales. Su uso es imprescindible para entender el funcionamiento microscópico de la materia.

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