Teoria Cuantica De La Materia

TEORIA CUANTICA DE LA MATERIA

Antecedentes

La Teoría Cuántica es uno de los pilares fundamentales de la Física actual. Se trata de una teoría que reúne un formalismo matemático y conceptual, y recoge un conjunto de nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX, para dar explicación a procesos cuya comprensión se hallaba en conflicto con las concepciones físicas vigentes.

Las ideas que sustentan la Teoría Cuántica surgieron, como alternativa al tratar de explicar el comportamiento de sistemas en los que el aparato conceptual de la Física Clásica se mostraba insuficiente.

Es decir, una serie de observaciones empíricas cuya explicación no era abordable a través de los métodos existentes, propició la aparición de las nuevas ideas. Hay que destacar el fuerte enfrentamiento que surgió entre las ideas de la Física Cuántica, y aquéllas válidas hasta entonces, digamos de la Física Clásica. Lo cual se agudiza aún más si se tiene en cuenta el notable éxito experimental que éstas habían mostrado a lo largo del siglo XIX, apoyándose básicamente en la mecánica de Newton y la teoría electromagnética de Maxwell (1865).Un caso importante fue el de las dos nubecillas.

Era tal el grado de satisfacción de la comunidad científica que algunos físicos, entre ellos uno de los más ilustres del siglo XIX, William Thompson (Lord Kelvin), llegó a afirmar:

Hoy día la Física forma, esencialmente, un conjunto perfectamente

Armonioso, ¡un conjunto prácticamente acabado! ... Aun quedan “dos nubecillas” que oscurecen el esplendor de este conjunto.

La primera es el resultado negativo del experimento deMichelson-Morley. La segunda, las profundas discrepancias entre la experiencia y la Leyde Rayleigh-Jeans.

La disipación de la primera de esas “dos nubecillas” condujo a la creación de la Teoría Especial de la Relatividad por Einstein (1905), es decir, al hundimiento de los conceptos absolutos de espacio y tiempo, propios de la mecánica de Newton, y a la introducción del “relativismo” en la descripción física de la realidad. La segunda “nubecilla” descargó la tormenta de las primeras ideas cuánticas, debidas al físico alemán Max Planck (1900)

Principios de la mecánica cuántica

Desde comienzos del siglo XX, el descubrimiento de la mecánica cuántica aporta una nueva visión del mundo. La seguridad de la física clásica se viene abajo. Hasta entonces, si sabíamos lo que había sucedido, podíamos predecir lo que iba a suceder. No había sorpresas y estábamos seguros de que las cosas eran como las vemos. La cuántica es todo lo contrario: incertidumbre, caos y azar. Ya no podemos estar seguros de nada.

El principio de incertidumbre de Heisenberg dice que no se puede predecir lo que va a ocurrir.

Aunque tengamos todos los datos, sólo podemos predecir la probabilidad de que algo ocurra. Y el que ocurra una cosa u otra depende del azar. Si repetimos el mismo experimento en las mismas condiciones, unas veces dará un resultado y otras veces otro. Son las fluctuaciones cuánticas.

Además, hay aspectos que no podemos conocer con precisión al mismo tiempo. Por ejemplo, la velocidad y posición de una partícula, o su cantidad de espín (algo similar a un movimiento de rotación) en torno a distintos ejes. Si medimos su posición no podemos medir con precisión su velocidad, y a la inversa. Esto limita nuestro conocimiento de la realidad.

El principio de complementariedad de Bohr dice que aparecen juntas propiedades aparentemente contradictorias. Por ejemplo, un electrón o un fotón son, al mismo tiempo, una onda y una partícula. Como partícula, están en un punto determinado del Cosmos. Pero como onda se extienden por todo

El cosmos y pueden estar en cualquier parte. Sin duda, inquietante.

La ecuación de Schrödinger describe matemáticamente la onda de probabilidad. Hemos visto que el electrón, como onda, puede estar en cualquier parte del Cosmos. Pero la probabilidad de que esté en un lugar u otro no es la misma. En eso consiste la onda de probabilidad. Donde los picos son más altos hay mayor probabilidad de encontrarlo, y donde son más bajos la probabilidad es menor. Pero puede estar en cualquiera de esos puntos.

Hasta aquí está demostrado. Pero, ¿qué pasa cuando lo encontramos en un punto concreto? Esta segunda fase aún no se conoce el todo. Se cree que se produce un colapso de la onda de probabilidad. La probabilidad de que el electrón esté donde lo hemos encontrado pasa a ser del 100%, y cae al 0% en el resto del cosmos.

Los secretos de la cuántica son escurridizos. Sólo por el hecho de observar la realidad influimos en ella. Y esto es algo a lo que la ciencia no se ha enfrentado nunca antes.

Mecánica cuántica

La mecánica cuántica (también conocida como la física cuántica o la teoría cuántica) es una rama de la física que se ocupa de los fenómenos físicos a escalas microscópicas, donde la acción es del orden de la constante de Planck. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo los transistores, componentes ampliamente utilizados en casi todos los aparatos que tengan alguna parte funcional electrónica.

La mecánica cuántica describe, en su visión más ortodoxa, cómo en cualquier sistema físico –y por tanto, en todo el universo– existe una diversa multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido descritos mediante ecuaciones matemáticas por los físicos, son denominados estados cuánticos. De esta forma la mecánica cuántica puede explicar la existencia del átomo y desvelar los misterios de la estructura atómica, tal como hoy son entendidos; fenómenos que no puede explicar debidamente la física clásica o más propiamente la mecánica clásica.

De forma específica, se considera también mecánica cuántica, a la parte de ella misma que no incorpora la relatividad en su formalismo, tan sólo como añadido mediante la teoría de perturbaciones.3 La parte de la mecánica cuántica que sí incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es la mecánica cuántica relativista o ya, de forma más exacta y potente, la teoría cuántica de campos (que incluye a su vez a la electrodinámica cuántica, cromo dinámica cuántica y teoría electro débil dentro del modelo estándar)4 y más generalmente,

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