Física Cuántica

El misterio de la estructura del átomo

En el siglo IV aC, los filósofos griegos Leucipo y Demócrito sostienen la hipótesis de que toda la materia se compone de pequeñas partículas en constante movimiento, muy fuerte y eterno, llamado "Átomos" (indivisible).
En 1811, Amedeo Avogadro estimó que el tamaño de los átomos, de 10.10 m.
En 1911, Ernest Rutherford especifica la estructura del átomo y da al tamaño del núcleo atómico de aproximadamente 10^-14 metros. En la física clásica los átomos constan de un número de punto los electrones cargados negativamente y un núcleo puntual, con carga positiva, pero plantea una paradoja. En la física clásica, el campo debe desaparecer, porque aniquilar a un electrón que se irradia en torno a un núcleo pierde energía (la teoría de Maxwell) y por lo tanto debe caer en el núcleo.
Esto significa que la estabilidad de un átomo es incomprensible en el contexto de la teoría clásica.
Por contra, la física cuántica explica el misterio del átomo y la estabilidad de la materia.
La física cuántica ha aparecido entre 1925 y 1927, derivado de la mecánica cuántica iniciada por Max Planck en 1900, desarrollada por Albert Einstein, Niels Bohr, Sommerfeld Arnold, Hendrik Anthony Kramers, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli y Louis de Broglie de 1905 y 1924. Esta revolución conceptual en la ciencia y explica la existencia de la materia, es la base de nuestra comprensión física del mundo.

La teoría cuántica es una teoría, por definición, no determinista, lo que significa que incluso si sabemos todos los parámetros desde el principio, hay fenómenos que no podemos predecir.
Esta incertidumbre y la indeterminación que son intrínsecos a la teoría.
Además de la incertidumbre en la localidad, la mecánica cuántica tolerar la existencia de estados entrelazados, es decir, a nivel cuántico, los objetos más separadas en el espacio puede formar un único objeto cuántico, que reaccionan a nivel mundial.
En resumen, en los objetos del mundo cuántico puede ser a la vez aquí y allá, en un estado o más. Ahora que tenemos acceso directo al mundo de los átomos, es posible verificar estas propiedades paradójicas del mundo cuántico.
Podemos determinar el estado de un sistema cuántico en la observación, que tiene el efecto de destruir el Estado en cuestión.
La mecánica cuántica explica la existencia de la materia, es para los científicos, la mayor aventura intelectual del siglo 20.

N.B.: La teoría de Maxwell dice que cualquier carga acelerada emite energía en forma de ondas electromagnéticas. Los electrones acelerados en sus órbitas dentro del átomo, debe perder energía y caer sobre las características esenciales de un período de alrededor de 10 ns.

La luz y el fotón

Para el francés René Descartes (1596-1650), estaba compuesto de partículas de luz. La onda de la luz fue introducido en 1690 por el holandés Huygens cristiano (1629-1695), quien tuvo la intuición de que la luz se propaga como ondas en un medio que él llamó el éter. Inglés Isaac Newton (1643-1727) creía que la luz estaba compuesta de partículas y de principios del siglo 19, el francés Augustin Fresnel (1788-1827), el origen de la óptica moderna, ofrece una explicación de todos los fenómenos ópticos en el contexto de la teoría ondulatoria de la luz. Durante el siglo 19 se acepta que la luz es un fenómeno ondulatorio, como resultado de experiencias exitosas. A finales del 19, el escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) en un único conjunto de ecuaciones, las ecuaciones de Maxwell, unifica los fenómenos de la luz, la electricidad, el magnetismo y la inducción. Fue durante el modelo más unificada del electromagnetismo. Las ecuaciones de Maxwell describen la onda de la luz por completo, pero siempre se propagan en un medio llamado éter.

Max Planck explica que la luz y el intercambio de energía la materia en forma de cuantos discretos de energía (E = hv). A finales del siglo 19, dos físicos, Albert Abraham Michelson (1852-1931) y Edward Williams Morley (1838-1923) trató de determinar el flujo del éter midiendo la velocidad de la luz entre dos direcciones perpendiculares a dos períodos distintos del año. Se espera que para medir las variaciones en la velocidad, pero el resultado fue sorprendente, todos los rayos de luz que tenía la misma velocidad. En 1905, Albert Einstein descubrió que hay una inconsistencia entre las ecuaciones de Maxwell y las hipótesis de Planck. Hemos tenido pequeños granos (partículas) de la luz a los supuestos de Planck son correctos. El concepto de los granos de fotón fue aceptada por casi todos los físicos hasta que el estadounidense Robert Andrews Millikan (1868-1953) ofrece pruebas experimentales convincentes en 1915, en perfecto acuerdo con la descripción de las partículas propuesto por Einstein. Estos corpúsculos de onda, se encuentra una explicación en la física cuántica por venir.

Imagen: Los granos de la luz de nuestro sol. Estos granos se llaman fotones. La luz tiene una dualidad onda-partícula, Louis de Broglie propuso generalizar esta dualidad a todas las partículas conocidas.

La naturaleza ondulatoria de los electrones

En 1925, el matemático y físico francés Louis de Broglie (1892-1987), se pregunta si no podemos partir de una partícula de obtener un fenómeno ondulatorio. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física 1929 "por su teoría sobre la naturaleza ondulatoria de los electrones".
Esta tesis teórica fue confirmado más tarde en 1927 por dos experimentadores americanos Clinton Davisson y Lester Germer. En 1925 todo era onda y partícula a la vez y que preocupaban a los físicos que dos años más tarde explicar estos fenómenos a través de la física cuántica. El fotón no tiene masa es un objeto cuántico, como todas las partículas masivas que constituyen la materia.

Imagen: Ilustración del electrón.
El electrón no tiene una localización precisa. Aparece y desaparece continuamente en el vacío, en una especie de vaga sin tiempo, tanto un poco aquí y un poco allá.