El “conteo” físico de la vida: algunas de sus teorías y aplicaciones

El “conteo” físico de la vida: algunas de sus teorías y aplicaciones.

Cuando parecía que las principales teorías de la física estaban claras sobre todo en el campo de la energía y del comportamiento de la materia a nivel atómico y molecular, se fue presentando la imposibilidad de dar cuenta de estos fenómenos asociados por ejemplo, a la emisión y absorción de radiación de los cuerposmateriales. La posibilidad de indagar la materia a nivel de sus componentes más fundamentales determinó la elaboración de un nuevo fundamento teórico para la descripción de los fenómenos físicos, particularmente de aquellos relacionados con las altas energías y las partículas elementales. Esta nueva teoría recibe el nombre de Mecánica Cuántica que permite la cuantización de diferentes magnitudes físicasque se usan para describir los procesos y el comportamiento de los sistemas es su característica más universal y sobresaliente.
Este ensayo pretende destacar algunos principios fundamentales como el efecto fotoeléctrico, el principio de incertidumbre y la dualidad de onda – partícula, como también algunas de las aplicaciones. Y por último, la relevancia de tres de los científicos más importantes dela época, citados en la bibliografía del ensayo.

El efecto fotoeléctrico

En 1887, Heinrich Hertz, científico alemán fue el primero en observar el efecto fotoeléctrico, mientras trataba de probar la teoría de Maxwell sobre la radiación electromagnética, en esencia ondulatoria. Observó que algunas superficies metálicas generaban corrientes eléctricas al ser iluminadas con radiaciónelectromagnética de longitud de onda muy corta, como la ultravioleta, pero que el fenómeno no se producía cuando la superficie era iluminada con radiación visible, de mayor longitud de onda, independientemente de la intensidad de la radiación. Hertz informó esta observación pero no se dedicó a explicarla. Sin embargo, Max Planck2 había llegado a la conclusión de que el traspaso de energía entre la materia yla radiación en el cuerpo negro ocurría a través de paquetes discretos de energía. Pero, no quiso admitir que la energía radiante una vez desprendida de la materia también viajaba en forma corpuscular (partícula) que más adelante se le denomino fotón, es decir que siguió considerando a la radiación que se propaga como una onda clásica.

Esto fue de gran ayuda para Albert Einstein1 ya que en1905 retomó la idea del cuanto de energía de Planck y fue un paso más allá al explicar completamente las características del efecto fotoeléctrico, postulando que: “La radiación electromagnética está compuesta por paquetes discretos de energía o fotones. Cada fotón transporta una energía” Esto es, Cuando un fotón incide sobre el metal, transfiere toda su energía a alguno de los electrones. Si estaenergía es suficiente para romper la ligadura del electrón con el metal, entonces el electrón se desprende. Si el fotón transporta más energía de la necesaria, este exceso se transforma en energía cinética del electrón.

Dualidad Onda - Partícula

Con el efecto fotoeléctrico quedó demostrado que las ondas electromagnéticas pueden comportarse como partículas (fotones) dado que también este tipode ondas no necesitan un medio para transportasen. Sin embargo, en 1924 Louis de Broglie, un físico francés postulo una nueva hipótesis en su tesis doctoral ¿podrían también las partículas comportarse como ondas? Años más tarde de esta formulación el carácter ondulatorio de los electrones fue establecido experimentalmente gracias al trabajo de dos investigadores: Clinton Joseph Davidson y LesterHalbert Germer, quienes observaron un patrón típico de difracción de rayos X al dirigir un haz de electrones hacia un cristal debido al valor de su masa y a la magnitud de h, un electrón debidamente acelerado puede tener una longitud de onda asociada que corresponde al rango de los rayos X, y que puede ser modificada convenientemente.

Por otra parte y haciendo uso del mismo experimento de Young...