7/7/09

Guía Básica de Astronomía: 5- ) Mecánica Cuántica

En física, la mecánica cuántica es una de las ramas principales que explica el comportamiento de la materia en el mundo de lo pequeño. La mecánica cuántica nos brinda un estado cuántico de las partículas, que es una combinación de posición y velocidad. Esta no predice un único resultado, sino que nos da un cierto número de resultados y su probabilidad.
A continuación describiré dentro de mis posibilidades y con la ayuda de Stephen Hawking de que se trata esto.

a. Cuantos

En el año 1900 el científico alemán Max Planck sentó las bases de la teoría Cuántica, al sugerir que la luz u otras ondas no eran emitidas o absorbidas en cantidades al azar sino en paquetes que él denominó cuantos.



El tamaño de un cuanto es un valor fijo llamado <>, y que vale: 6.626 ×10-34 julios por segundo.


b. Principio de Incertidumbre

En 1926 otro científico alemán, Werner Heisenberg, formuló el principio de incertidumbre. En el afirma que no se puede determinar, simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y el momento lineal (cantidad de movimiento) de una partícula.
Esto es así ya que la forma de tomar estas mediciones es iluminando a la partícula que se desee medir, algunas de estas ondas serán dispersadas por la partícula, lo cual indicará su posición. Si embargo no se podrá medir esa posición con mayor exactitud que la distancia entres dos crestas consecutivas de la onda luminosa, por lo que se necesitará utilizar luz de muy alta frecuencia para lograr mayor precisión en los resultados. Pero, volviendo a Planck, lo menos que se puede utilizar es un cuanto de luz, este cuanto perturbará de cierta forma a la partícula cambiando su velocidad en una cantidad que no puede ser predicha. Y con cuanto mayor precisión se mida la posición, menor habrá de ser la longitud de onda de la luz que se necesite y por lo tanto mayor será la energía del cuanto que se haya de usar. Así la velocidad de la partícula resultará fuertemente perturbada.



En otras palabras, cuanto con mayor precisión se trate de de medir la posición de la partícula, con menor exactitud se podrá medir su velocidad y viceversa.
Heisemberg demostró que la incertidumbre en la posición de la partícula, multiplicada por la incertidumbre en su velocidad y por la masa de la partícula, nunca puede ser más pequeña que la constante de Planck.



El principio de incertidumbre marcó el final del pensamiento determinista sobre los sucesos en el universo. Nada puede ser predicho con exactitud, solo se pueden obtener probabilidades.


c. Dualidad Onda-Partícula

La dualidad onda-partícula demostró que la luz puede poseer propiedades de partícula y propiedades ondulatorias.
De acuerdo con la física clásica existen diferencias entre onda y partícula. Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula.
Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa.”



Esta idea Niels Bohr la aplicó en 1913 a la estructura de los átomos, reveló que un electrón girando alrededor del núcleo podría imaginarse como una onda, con una longitud de onda que dependía de su velocidad. Existirían ciertas órbitas cuya longitud correspondería a un número entero de longitudes de onda del electrón. Para estas órbitas las crestas de las ondas estarían en la misma posición en cada giro, de manera que las ondas se sumarían. Estas órbitas corresponderían a las órbitas permitidas de Bohr. Por el contrario, para órbitas cuyas longitudes no fueran un número entero de longitudes de onda, cada cresta de la onda sería finalmente cancelada por un valle, cuando el electrón pasara de nuevo; estas órbitas no estarían permitidas.


Como vimos anteriormente la teoría de la relatividad colapsa cuando hablamos de puntos extremadamente pequeños de densidades infinitas como los presentes en las singularidades, ahí es donde la mecánica cuántica comienza su papel, en el mundo de las partículas.


Fuente consultada: Historia del tiempo ilustrada de Stephen Hawking, Wikipedia.

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Web: www.grupogabie.blogspot.com

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