Fisica

Naturaleza ondulatoria de la materia
Según la teoría de Newton, la luz consistiría en una serie de corpúsculos capaces de atravesar los objetos transparentes y de ser reflejados por los materiales opacos. Esta teoría es capaz de explicar tanto los fenómenos de reflexión y refracción como la propagación de la luz en el vacío. Sin embargo es completamente incapaz de explicar fenómenos como lasinterferencias, la difracción y la polarización aunque en esta época no eran conocidos estos fenómenos. Otros científicos, encabezados por Huygens, optaron por una teoría ondulatoria. Según esta teoría la luz consistiría en una onda. La reflexión y la refracción se explican fácilmente por analogía con otras andas, así como los fenómenos de interferencias, difracci6n y polarización. Sin embargo estateoría era incapaz de explicar la propagación de la luz en el vacío, pues todos los fenómenos ondulatorios conocidos necesitaban de un medio material para propagarse. Al tener Newton mucha mayor credibilidad científica que Huygens, la teoría corpuscular fue la comúnmente aceptada para explicar los fenómenos luminosos, al menos hasta el siglo XIX, cuando, en 1800, Thomas Young realizó una serie deexperiencias con las que consiguió demostrar la dífracci6n de la luz, puso de manifiesto los fenómenos de interferencia y logró estimar la longitud de onda y la frecuencia de las ondas luminosas, fenómenos únicamente explicables mediante la teoría ondulatoria. La vuelta a la teoría corpuscular llega con el siglo XX, en el que se descubren fenómenos como el efecto fotoeléctrico, explicado porEinstein o el efecto Compton, admisibles únicamente desde una teoría corpuscular. En 1925, Louis de Broglie propuso que, así como las ondas tenían un comportamiento corpuscular (partículas), las partículas también tendrían un comportamiento ondulatorio. Las ondas vienen caracterizadas por su longitud de onda, λ, mientras que las partículas vienen caracterizadas por su momento lineal (también llamadocantidad de movimiento) p = m v, siendo m la masa de la partícula y v su velocidad. Como las ondas de luz tienen un comportamiento corpuscular, puede calcularse su momento lineal utilizando la ecuación propuesta por Einstein p = velocidad de la luz.

E , en donde E es la energía y c la c

Utilizando la teoría de Planck, E = hν , se obtiene: p =
p= h

E hν h = = c c λ

λ

que es ladenominada relación de Broglie. Entonces, según de Broglie, para una partícula también será válida esta ecuación. Como
p =m v se obtiene: p = mv = h

λ

o bien:

λ=

h mv

Una partícula tendrá una longitud de onda asociada dada por la ecuación anterior. En 1927, Davisson y Germer, en EEUU, y G. Thomson (el hijo de J.J. Thomson) y Reid, en Inglaterra, comprobaron experimentalmente la teoría deBroglie, observando que un haz de electrones, que se consideraban partículas, se difractaban del mismo modo que fotones de luz. Puede observarse el comportamiento ondulatorio en las figuras siguientes. En la primera figura, el diagrama de la izquierda lo producen fotones y el de la derecha electrones.

Hay que hacer notar que el radio de los anillos depende de la longitud de onda, por lo que,utilizando el potencial de aceleración adecuado para los electrones, V, podemos obtener la longitud de onda adecuada, según la ecuación: E = eV = 1 2 mv 2

En 1906 se otorgó el premio Nobel de Física a J. J. Thomson por demostrar que el electrón era una partícula. En 1937 se concedió a su hijo, George (y a Davisson), por demostrar que el electrón era una onda. Ambos tenían razón. En su memoria de1924, De Broglie señalaba que la cuantización de las órbitas permitidas en el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno puede deducirse a partir de su fórmula que da

la longitud de onda de un electrón si se acepta la hipótesis natural de que la circunferencia de la órbita tenga la longitud adecuada para contener un número entero de longitudes de onda, de forma que resulta una onda estacionaria....