¿Sabes Que es la Física Cuántica?… ¿Conoces Sobre Esta Rama de la Física?

Si te has preguntado alguna vez que es la Física Cuántica o mecánica cuántica, pues es una rama de la física que explica cómo en cualquier sistema físico hay una variedad de estados resultantes de incertidumbres en una determinación completa de magnitudes observables, amparada en la naturaleza dual onda-partícula de la materia. Son denominados estados cuánticos, los estados descritos mediante ecuaciones diferenciales. De esta manera la mecánica cuántica puede aclarar la presencia del espectro atómico discreto y  mostrar los misterios de la estructura atómica, así como hoy son descritos; prodigios como la difracción de electrones, que la física clásica o mecánica clásica no puede explicar debidamente.

No incorpora la mecánica cuántica a la relatividad en su formulación matemática. Es la mecánica cuántica relativista o teoría cuántica de campos, que a su vez incluye: cromodinámica cuántica, la teoría electrodebil  y la electrodinámica cuántica, y más universalmente, la teoría cuántica de campos en espacio tiempo curvos. La interacción gravitatoria es hasta el momento la única interacción que no se ha podido cuantizar. Constituye este problema, uno de los mayores reto del siglo XXI.

Proporciona la física cuántica el fundamento de la fenomenología del átomo, tanto del núcleo como de las partículas elementales, lo que necesariamente requiere el enfoque relativista. Además su marca en la teoría de la información, química y criptografía ha sido decisivo.

surgimiento de la física cuántica

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Que es la Física Cuántica y su Surgimiento.

Cronológicamente la Física Cuántica, es la última de las vastas ramas de la física. A principios del siglo XX se enunció, casi al mismo tiempo en que la teoría de la relatividad fue formulada. Sin embargo el grueso de la física cuántica se formuló a partir de 1920,  la teoría de la relatividad especial es de 1905, mientras que la teoría de la relatividad de 1915.

También a la llegada de la física cuántica avían ya múltiples problemas no resueltos, en la electrodinámica clásica. La emisión de radiación de cualquier objeto en equilibrio es el primero de estos problemas, llamada radiación térmica, la cual viene de la  vibración microscópica de las partículas que lo confeccionan. Utilizando las ecuaciones de la electrodinámica cuántica, tendría el infinito si se suman todas las frecuencias que envía el objeto, de la energía que emite esta radiación térmica, con un ilógico resultado para los físicos.

Otro aspecto par el cual surge la física cuántica es que no podía ser explicado por el electromagnetismo clásico la estabilidad de los átomos. Y resultaba igualmente problemática la noción de que el electrón bien fuera  una partícula clásica puntual o una cascada de dimensiones finitas esférica.

La Física Cuántica y la Relatividad

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Física Cuántica y la Radiación Electromagnética.

Fue la radiación electromagnética de un cuerpo negro uno de los primeros problemas resueltos en los brazos de la Física Cuántica. Es en la mecánica estadística donde nace por primera vez las percepciones cuánticas en 1900. Fue al Max Planck, Físico alemán quien se le ocurrió un artificio matemático: Si en el desarrollo aritmético se reemplaza la integral de esas frecuencias por una adición no continua, o sea discreta, se dejaba de tener como resultado infinito, con lo que se desechaba el problema, igualmente el resultado obtenido coincidía con lo que después era medido.

Max Planck fue quien entonces enmarcó la Hipótesis de que es adsorbida la radiación electromagnética, y enviada por la materia en forma de “cuantos de luz” o fotones de energía, introduciendo una constante estadística, el cual llamó Constante de Planck. Es inherente su historia al siglo XX, ya que la primera representación cuántica de un fenómeno fue dado a conocer al mundo por el mismo Max Planck, el 14 de diciembre de 1900 en una función de la Sociedad Física, perteneciente a la Academia de Ciencias de Berlín.

Física Cuántica y la Radiación electromagnética

Que es La Física Cuántica y su Progreso Histórico.

A lo largo de la primera mitad del siglo XX, la teoría cuántica fue desarrollada en su forma básica. El hecho de que la energía se canjee de forma discreta se puso en consideración por hechos experimentales como los que a continuación se abarcarán, inexplicables con las herramientas teóricas de la mecánica clásica o la electrodinámica:

  • El primero es el espectro del cuerpo negro, el cual fu resuelto con la cuantización de la energía, como anteriormente se mencionó por Max Planck. Se llamó cuantización este fenómeno, y los intervalos más pequeños posibles entre los valores discretos son denominados quanta.
  • Los objetos microscópicos como los electrones o los átomos, bajo ciertas condiciones, exhiben un comportamiento ondulatorio, como en la interferencia. En cambio bajo otras condiciones los mismos objetos exhiben un comportamiento corpuscular de partícula, como en la dispersión de las partículas. Se conoce a este fenómeno de la naturaleza como dualidad onda-partícula.
  • Objetos con historias asociadas pueden ser correlacionadas las propiedades físicas, en una amplitud ilegal para cualquier teoría clásica, si se hace referencia de ambos a la vez pueden ser descritos con precisión. Es llamado este fenómeno entrelazamiento cuántico y es la desigualdad de Bell la que describe su diferencia con la correlacion ordinaria.
  • Volvió a aparecer esa misteriosa necesidad de cuantizar la energía, con la explicación del efecto fotoeléctrico asignada por Albert Einstein.
  • Dispersión Compton o efecto Compton, el cual consiste en el incremento de la energía de onda de un fotón cuando impacta con un electrón libre y se desprende de parte de su energía.

Fue obra de los esfuerzos conjuntos de varios físicos y matemáticos de la época el desarrollo de esta teoría. Heisenberg, Schödinger, Dirac, Einstein, Von Neumann, Bohr, entre otros.

La Física Cuántica y su Progreso Histórico.

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La Física Cuántica y la Relatividad.

A preguntas como: ¿que es la física cuántica con relaciona a la relatividad? pues nace notablemente el mundo moderno de la física, con dos teorías principales. La o Física cuántica y la relatividad general, aunque utilizan ambas teorías principios aparentemente incompartibles. Los principios que detallan la teoría de la relatividad de Einstein y también la teoria de quántum, están sustentados por rigurosa y repetida evidencia empírica. Aunque se resisten ambas a ser incorporadas entre el mismo modelo coherente.

Aparecen desde mediados del siglo XX, teorías cuánticas relativistas, del terreno electromagnético, y las fuerzas nucleares del modelo electrodébil, pero hasta hoy día, no se posee una teoría cuántica relativista del campo gravitatorio, que sea consistente plenamente y válida además para campos gravitatorios intensos. Utilizan los métodos de la teoría cuántica de campos, todas las teorías cuánticas relativistas.

La teoría cuántica abandona en su forma ordinaria algunos de los supuestos básicos de la teoría de la relatividad, está de ejemplo el principio de localidad, utilizado en la explicación relativista de la casualidad. Einstein había considerado de absurdo el quebrantamiento del principio de localidad a la que la mecánica cuántica parecía abordar.

La postura de Einstein fue solicitar que la física cuántica si bien era consistente era incompleta. Para sustentar su argumento y el repudio a la falta de localidad y de determinismo. Albert Einstein y varios de sus cooperadores postularon la paradoja llamada Einstein-Podolsky-Rosen, la cual aclara que medir el estado de una partícula puede al instante cambiar el estado de su colega enlazado, aunque puedan estar las dos partículas a una distancia arbitrariamente grande.

El paradójico resultado modernamente, de la paradoja Einstein-Podolsky-Rosen, se sabe es una consecuencia perfectamente resistente del llamado entrelazamiento cuántico. Es conocido el hecho que si bien la existencia del entrelazamiento cuántico seguramente infringe el principio de localidad, no viola en cambio la casualidad desarrollado en términos de información.

 

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