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JOHAN SEBASTIAN MENDEZ SEGURA
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FISICA I
FISICA PARA POETAS

CAPITULO 16 ¿CUANDO ES UNA ONDA?

Se cataloga al investigador como un cazador al acecho de su presa. Los jóvenes que edificaron la mecánica cuántica se inventaban una regla cuántica, de ella se sacaba una formula, se acomodaban datos y se pasaba al siguiente problema hasta que llegara el acierto. A ellos se les llamoespecialistas teóricos. La física era tradicionalmente experimental. Y las sociedades facilitaban el trabajo. Luego este sistema pasó de Europa a Inglaterra y Estados Unidos.
EL ATOMO DE BOHR NO BASTA
El punto de partida fue el átomo de Bohr realizando pruebas en metales más pesados, tomando en cuenta la repulsión mutua de los electrones. Arnold Sommerfeld ideo una nueva regla cuántica que dabaa cada órbita circular unas cuantas compañeras elípticas. Estas orbitas tenían la misma energía que las circulares. Y limito el numero de electrones en las orbitas.
El esquema explicaba en forma vagamente cualitativa, la tabla periódica de los elementos de la química. La teoría parecía indicar que los elementos de una misma columna de la tabla periódica eran parecidos en pautas orbitalesexternas, por lo que los átomos serian químicamente semejantes. Que ocultaban todas aquellas extrañas y arbitrarias reglas? La respuesta vino del príncipe Francés Louis Víctor De Broglie.
UN PRINCIPE CON UNA IDEA LOCA
En Europa pocas familias superaban el linaje De Broglie, ellos habían dado a Francia diplomáticos, ministros de gabinete y generales durante siglos. Y la familia tenía además una modestatradición científica. El hermano mayor de Louis, Maurice físico de la universidad de Paris interesado por la obra de Einstein, especulaba que su relatividad podía arrojar alguna luz sobre el problema de onda y partícula. Pero la guerra pospuso sus estudios y tras el éxito del modelo de Bohr se había cambiado el panorama cuántico.
De Broglie convencido de que la dualidad onda-partícula era laclave de la anterior teoría cuántica, si la luz podía ser una partícula, por que no podría el electrón ser una onda?
Era una buena idea, si bien es difícil encontrar una ley mecánica que excluya la mayoría de orbitas, las restricciones semejantes al movimiento ondulatorio eran normales. Los instrumentos musicales funcionan por movimientos ondulatorios (cuerda tensa, columna de aire encerrado, etc.)De manera que si puede considerarse al electrón como onda las orbitas de Bohr resultaran ondas estacionarias y el átomo no tanto restringido sino acordado.
La luz bien se mueve a una velocidad constante, pero un electrón capaz de moverse a cualquier velocidad, sería necesario separar las reglas de la longitud de onda y frecuencia.
Broglie había descubierto que para que la luz fuera unapartícula su fotón tuviera una masa en reposo nula. Así toda la masa nacería de su movimiento. Dándole a un fotón una pequeña cantidad de energía como sería mucho mayor que la energía de masa en reposo de éste, se obtendrá una velocidad semejante a la de la luz ya que una partícula material no viaja a la velocidad de la luz.
Para poner a prueba que las órbitas de Bohr eran ondas estacionarias, Broglietenía que saber la longitud de onda asociada con el electrón. De manera que necesitaría encontrar una nueva ecuación para calcularla. Analizando encontró que la inversa de la longitud de onda tiene la misma relación con la frecuencia de una onda que el moméntum con la energía en la descripción relativista de la partícula, ambas obedecen a las relaciones triangulares de tiempo y espacio. Así DeBroglie consiguió exponer en su celebrada tesis doctoral de 1924 la formula:

(Ecuación 1)
Relaciona el moméntum de un electrón con la longitud de onda de una onda asociada de alguna manera misteriosa con el electrón. Así se puso a prueba las órbitas de Bohr que tenían que será aquellas en que encajara un número entero de longitudes de onda. Las ondas tienen que concordar...