Principios de la mecánica cuantica

PRINCIPIOS DE LA MECÁNICA CUANTICA
P.A.M. Dirac I EL PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN
1. Necesidad de una teoría cuántica La mecánica clásica se ha ido desarrollando progresivamente desde los tiempos de Newton y se ha aplicado a un conjunto de sistemas dinámicos cada vez más amplio, del que forma parte el campo electromagnético en interacción con la materia. Las ideas fundamentales y las leyes querigen su aplicación constituyen un esquema tan sencillo y elegante, que parece imposible modificarlo seriamente sin destruir todas sus atractivas características. Sin embargo, se ha conseguido construir un nuevo esquema, llamado mecánica cuántica, más adecuado para la descripción de los fenómenos de escala atómica, y que es en ciertos aspectos más elegante y satisfactorio que el esquema clásico.Esto ha sido posible gracias a que los cambios introducidos por la nueva teoría son de carácter muy profundo y no simples modificaciones que destruirían las características de la teoría clásica que le confieren su armonía, y así ha resultado que todas estas características han podido ser incorporadas al nuevo esquema. La necesidad de elegir un camino distinto al de la mecánica clásica viene exigidapor los hechos experimentales. En primer lugar, las fuerzas conocidas en electrodinámica clásica son inadecuadas para justificar la notable estabilidad de átomos y moléculas, necesaria para poder explicar que las substancias tengan propiedades físicas y químicas definidas. La introducción de nuevas fuerzas hipotéticas no podría salvar la situación, ya que existen principios generales de la mecánicaclásica, válidos para cualquier tipo de fuerzas, que nos conducen a resultados en completo desacuerdo con la observación. Por ejemplo, si el estado de equilibrio de un sistema atómico está alterado de algún modo y se le abandona a sí mismo en estas condiciones, debería comenzar a oscilar, y sus oscilaciones tendrían que ponerse de manifiesto en el campo electromagnético que se emite, de modo quesus frecuencias habrían de ser observables con un espectroscopio. Cualesquiera que fuesen las fuerzas que rigen este equilibrio, debería ser posible incluir las diversas frecuencias en un cuadro que comprendiera ciertas frecuencias fundamentales y sus armónicos. Esto no corresponde a lo que se observa. En su lugar aparece una nueva e imprevista relación entre las frecuencias, llamada ley decombinación de Ritz de la espectroscopía, según la cual todas las frecuencias pueden ser expresadas como diferencias entre ciertos términos, siendo el número de términos muy inferior al de frecuencias. Esta ley es completamente incomprensible desde el punto de vista clásico. Se puede intentar salvar la dificultad sin apartarse de la mecánica clásica, suponiendo que cada una de las frecuencias observadascon medidas espectroscópicas es una frecuencia fundamental inherente a su propio grado de libertad, siendo las leyes de fuerza tales que no puedan darse los armónicos correspondientes. Sin embargo, una teoría como ésta no sería válida, aparte

de no dar explicación alguna de la ley de combinación, ya que entraría en conflicto inmediato con la evidencia experimental sobre calores específicos.La mecánica estadística clásica nos permite establecer una relación general entre el número total de grados de libertad de un conjunto de sistemas vibrantes y su calor específico. Si se hiciera la hipótesis de que todas las frecuencias espectroscópicas de un átomo corresponden a distintos grados de libertad, se obtendría un calor específico para todas las sustancias mucho mayor que el observado. Dehecho, los calores específicos observados a temperaturas ordinarias vienen dados con bastante exactitud por una teoría que considere el movimiento de cada átomo como el de un todo sin atribuirle ningún movimiento interno. Esto nos lleva a un nuevo antagonismo entre la mecánica clásica y los resultados experimentales. Debe existir necesariamente algún movimiento interno en los átomos para poder...