The feynman lectures on physics




Clases de física de Richard Feynman, V. 3
Resumen para la materia Física Moderna















Introducción:
En este escrito hablaremos brevemente sobre los expermimentos mentales propuestos por Richard Feynman, el famoso físico teórico estadounidense, en los capítulos 1 y 2(parte) del tercer volumen de la transcripción de sus clases de física en el Instituto tecnológicode California (Caltech) en los años 1961-1963.[1]
Estos experimentos mentales nos ayudan a entender la dualidad onda-partícula de los electrones y, consecuentemente, de toda la materia; además nos esbozan el principio de incertidumbre de Heisenberg y el porqué es inevitable pensar en éste para entender la mecánica cuántica como una ciencia exacta con resultados probabilísticos.

CAPÍTULO 1:Comportamiento cuántico

Mecánica atómica.
La mecánica cuántica intenta describir el comportamiento de la materia y de la luz a escala atómica, una escala en la que la materia no se comporta ni vestigialmente parecida a lo que podemos observar en el mundo macroscópico (Pesas, resortes, bolas de billar, etc.).
En la época en que surgió la mecánica cuántica existían interrogantes fuertes sobre elcomportamiento de energía y materia a nivel atómico, interrogantes que las teorías clásicas no podían explicar (consistentemente) incluyendo en éstas a las nuevas teorías de Einstein, el comportamiento de éstas no se puede comparar únicamente al de una onda o al de una partícula.
La concepción científica original de la luz, acuñada a Isaac Newton entre 1670 y 1672, habla de unos pequeñoscorpúsculos propagándose en línea recta, teoría criticada en la época ante evidencias de un comportamiento ondulatorio de la luz (difracción, refracción, reflexión). Pero a principios del siglo XX se documentaron los llamados efectos Hertz y Compton, que sugerían nuevamente un comportamiento corpuscular.
El gran debate entre partícula y onda era bajo la perspectiva general únicamente relacionado con lamisteriosa luz, y quizás otras formas de energía, pero jamás la materia se había considerado como “ondulatoria” hasta que experimentos similares a los experimentos mentales de los que hablaremos mostraron evidencias de lo contrario (Louis de Brougille, 1924). [2]



Ahora consideramos que tanto electrones como fotones (y las demás partículas) se comportan como partículas, como ondas y comoninguno de los dos: todas presentan la misma dualidad en su comportamiento, siguiendo esta lógica tendremos que los resultados de los experimentos mentales serán válidos para cualquier partícula.

Comenzamos ahora a describir los experimentos mentales, los primeros serán más familiares: tendrán comportamientos predecibles por nuestras mentes que ayudaran a comprender el último experimento, éstees considerado totalmente imposible de explicar usando sólo teorías clásicas.

Primer experimento: usando proyectiles sólidos.
Consideraremos dos paredes irrompibles, una de ellas totalmente absorbente de balas, es decir que no les permite atravesarla ni rebotar sobre ella, la otra pared es imposible de atravesar, excepto por dos pequeñas rendijas con un tamaño exacto para dejar pasa un y sóloun proyectil.

El arma que lanzará los proyectiles (irrompibles, indeformables, sin fricción) lo hace con una frecuencia exacta pero con trayectorias casi aleatorias, sólo en dirección general a las paredes. En la segunda pared (la absorbente) tendremos un detector móvil verticalmente en el eje que llamaremos X, que es capaz de alguna manera de identificar cuando un proyectil (y sólo uno)impacta sobre él e inmediatamente lo evacúa para seguir midiendo.
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Figura 1: Experimento con proyectiles sólidos.

El montaje nos permite predecir la probabilidad de que una bala llegue a una distancia X del centro de la pantalla, como los proyectiles son indestructibles y su velocidad relativamente baja, en cualquier instante dado tendremos en el detector un impacto o ninguno...