martes, 11 de noviembre de 2008

FISICA CUANTICA

La física que se desarrollo a principios del siglo XX para explicar el comportamiento de los fenómenos ocurrentes a muy pequeña escala.Esta nueva Física complementa a la denominada Física Clásica que se desarrollo para ser aplicada en el ámbito macroscópico y que podemos identificar, por ejemplo, con las leyes de Newton, las ecuaciones de Maxwell, etc.La Física Cuántica, es conveniente resaltar que la Física Cuántica trajo consigo, además de nuevos resultados, cambios conceptuales muy importantes que afectan a la forma en la que habitualmente entendemos el mundo que nos rodea. No obstante, cabe señalar que estos cambios conceptuales afectan drásticamente a nuestra visión del mundo microscópico pero no tanto a la del mundo macroscópico (aunque obviamente muchos fenómenos macroscópicos solo pueden entenderse con base en los principios de la Física Cuántica).La Física siempre afronta el estudio de los fenómenos mediante el estudio de modelos, esto es, representaciones parciales de la realidad. Es entonces importante aclarar que lo se estudia no es directamente la realidad sino el "modelo" que nosotros hacemos de ella. Usualmente, el modelo es una simplificación de la realidad que recoge, no obstante, las características esenciales del aspecto físico en el que estemos interesados.Los dos pilares de esta teoría son:• Las partículas intercambian energía en múltiplos enteros de una cantidad mínima posible, denominado quantum (cuanto) de energía.• La posición de las partículas viene definida por una función que describe la probabilidad de que dicha partícula se halle en tal posición en ese instanteLa mecánica cuántica es la última de las grandes ramas de la física y comienza a principios del siglo XX, en el momento en el que las dos teorías que intentaban explicar lo que nos rodea comenzaban a hacer aguas: la ley de gravitación universal y la teoría electromagnética clásica. La teoría electromagnética generaba un problema cuando intentaba explicar la emisión de radiación de cualquier objeto en equilibrio, llamada radiación térmica, que es la que proviene de la vibración microscópica de las partículas que lo componen. Pues bien, usando las ecuaciones de la electrodinámica clásica, la energía que emitía esta radiación térmica daba infinito si se suman todas las frecuencias que emitía el objeto, con ilógico resultado para los físicos.Ejemplo 1: La función de onda de un electrón de un átomo de hidrógeno posee niveles de energía definidos y discretos denotados por un número cuántico n=1, 2,3,... y valores definidos de momento angular caracterizados por la notación: s, p, d,... Las áreas brillantes en la figura corresponden a densidades de probabilidad elevadas de encontrar el electrón en dicha posición.La teoría cuántica fue desarrollada en su forma básica a lo largo de la primera mitad del siglo XX. El hecho de que la energía se intercambie de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales como los siguientes, inexplicables con las herramientas teóricas "anteriores" de la mecánica clásica o la electrodinámica: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). El tamaño de un cuanto es un valor fijo llamado constante de Planck, y que vale: 6.626 ×10^-34 joules 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 especial del Espacio), como en la dispersión de partículas. Este fenómeno se conoce como dualidad onda-partícula.Las propiedades físicas de objetos con historias relacionadas pueden ser correlacionadas en una amplitud prohibida por cualquier teoría clásica, en una amplitud tal que sólo pueden ser descritos con precisión si nos referimos 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 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.El desarrollo formal de la teoría fue obra de los esfuerzos conjuntos de varios físicos y matemáticos de la época como Schrödinger, Heisenberg, Einstein, Dirac, Bohr y Von Neumann entre otros (la lista es larga). Algunos de los aspectos fundamentales de la teoría están siendo aún estudiados activamente. La mecánica cuántica ha sido también adoptada como la teoría subyacente a muchos campos de la física y la química, incluyendo la física de la materia condensada, la química cuántica y la física de partículas.La región de origen de la mecánica cuántica puede localizarse en la Europa central, en Alemania y Austria, y en el contexto histórico del primer tercio del siglo XX.

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