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Lo que dice en parte la mecánica cuántica

22/09/2015 21:10 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

Los sistemas atómicos y partículas elementales no se pueden describir con las teorías que usamos para estudiar los cuerpos macroscópicos

Sergio Torres Arzayús

Los sistemas atómicos y las partículas elementales  no se pueden describir con las teorías que usamos para estudiar los cuerpos macroscópicos (como las rocas, los carros, las casas, etc). Esto de debe a un hecho fundamental respecto al comportamiento de las partículas y los átomos que consiste en la imposibilidad de medir todas sus propiedades simultáneamente de una manera exacta. Es decir en el mundo de los átomos siempre existe una INCERTIDUMBRE que no puede ser superada. La mecánica cuántica explica este comportamiento. 

¿Entoces que dice la mecánica cuántica ? El tamaño de un núcleo atómico es del orden de 10-13 centímetros. ¿Podemos imaginar ésto? Muy difícilmente. Mucho más difícil aún sería imaginar como interactúan dos núcleos atómicos, o cómo interactúa el núcleo con los electrones en el átomo. Por eso lo que dice la mecánica cuántica muchas veces nos parece que no es 'lógico'. Veamos que propone la mecánica cuántica: El intercambio de energía entre átomos y partículas solo puede ocurrir en paquetes de energía de cantidad discreta, Las ondas de luz, en algunas circunstancias se pueden comportar como si fueran partículas (fotones), las partículas elementales, en algunas circunstancias se pueden comportar como si fueran ondas. Es imposible conocer la posición exacta y la velocidad exacta de una partícula al mismo tiempo. Este es el famoso Principio de Incertidumbre de Heisemberg. Sabemos que la luz se comporta como onda cuando se producen los efectos de interferencia y difracción. Esto ocurre por ejemplo cuando dos ondas se encuentran en el mismo lugar y como resultado se anulan en unas partes y se refuerzan en otras, formando así un patrón característico de interferencia.

¿Cómo medimos una onda?  En una onda electromagnética, por ejemplo, el campo eléctrico cambia en intensidad de manera cíclica así:

 

Cada ciclo de la onda se repite en intervalos separados por una longitud de onda, la frecuencia mide el número de estos ciclos que ocurren cada segundo.En la luz, la longitud de onda determina el color de la luz (por ejemplo la longitud de onda correspondiente al color verde es de 550 nanómetros)

A muy altas energías, por ejemplo cuando la luz puede interactuar con un átomo se observan comportamientos muy diferentes. La luz se comporta como una partícula golpeando electrones fuera del átomo. A esta partícula elemental  se le llama fotón.  El fotón se puede entender como un paquete de energía electromagnética, o luz. Éste fue propuesto por Albert Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico (cuando la luz golpea con un electrón de un átomo y lo saca fuera del átomo).

Los filósofos griegos se preguntaron de qué están hechas las cosas

  Los filósofos griegos se preguntaron de qué están hechas las cosas.

Hoy, la física de altas energías ha dado una respuesta científica a esta antigua pregunta:

 

 El átomo es la mínima cantidad de materia de un elemento químico. Por las observaciones que se han realizado bombardeando átomos con partículas elementales, un átomo se puede explicar así, un núcleo de carga positiva donde se concentra la mayoría de su masa, y varios electrones alrededor del núcleo como un enjambre de abejas. El núcleo está compuesto deprotones (con carga positiva) y neutrones (sin carga) La carga neta de un átomo es cero. ¿Sabía usted que todos los objetos emiten ondas electromagnéticas ? Un carro, una casa, un libro, la Tierra, usted mismo, continuamente están emitiendo ondas electromagnéticas:   ¿Cómo se puede explicar este fenómeno? Para entender por qué emiten radiación los objetos ponga mucha atención a las siguientes consideraciones: Los objetos están hechos de átomos. Un átomo puede emitir radiación (como la luz) cuando uno de sus electrones pierde energía y así pasa a un orbital de menor energía. Un átomo puede absorber radiación cuando uno de sus electrones gana energía y así pasa a un orbital de mayor energía. El movimiento de los átomos en un objeto produce choques o vibraciones que estimulan la emisión y absorción de radiación. Un aumento en la temperatura de un objeto representa un aumento de la energía cinética de movimiento de sus átomos. En la naturaleza ningún objeto puede tener temperatura absoluta igual a cero.  El físico alemán Max Plank, descubrió la ley que gobierna la radiación de los cuerpos en equilibrio termodinámico. Según Plank, la intensidad de radiación para cada longitud de onda depende únicamente de la temperatura del cuerpo en questión.El espectro de radiación (o intensidad para cada longitud de onda) al que llegó Plank tiene una forma

característica así:                                      

Los físicos designan este espectro con el nombre de Radiación de Cuerpo Negro. Plank llegó a este resultado introduciendo el concepto de quantum de energía (es decir que la energía en la naturaleza sólo se puede intercambiar en paquetes con cantidades discretas). Este es el principio de la meánica cuántica.

 


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