Mecánica cuántica

INTRODUCCIÓN A LA
MECÁNICA CUÁNTICA
JULIO GRATTON

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PRÓLOGO
Las presentes notas se basan en los apuntes que preparé en 2000 para el Curso de Física 4, y
hacen pareja con Termodinámica e Introducción a la Mecánica Estadística. El estudiante
debería leer ambas pues son complementarias. Esta edición ha sido ampliada considerablemente
respecto de la versión primitiva. Usamos siemprelas unidades gaussianas en el desarrollo de la
teoría. Sin embargo, al considerar ejemplos y al dar valores numéricos se emplean a veces
unidades prácticas o que pertenecen a otros sistemas. Por lo tanto el lector debe tener el debido
cuidado en el empleo de las fórmulas.
Existe una extensa bibliografía que el estudiante puede consultar con provecho. Si bien todos los
temas del programa deFísica 4 se tratan en estas notas y en Termodinámica e Introducción a la
Mecánica Estadística, se recomienda a los estudiantes que consulten y lean otros textos, para
familiarizarse con la literatura y dado que algunos temas se tratan en ellos con mayores detalles o
con enfoques diferentes. Asimismo, es fascinante conocer la historia de la Mecánica Cuántica,
para apreciar cómo se fuerondesarrollando los conceptos que se introducen en el Curso. El
alumno no debe desdeñar obras que se han escrito hace ya muchos años, pues muchas de ellas
son excelentes, y a veces mejores que otras más recientes. Entre los innumerables libros que se
han escrito sobre la Mecánica Cuántica puedo indicar los siguientes:
(a) de carácter introductorio:
1.
R. Eisberg y R. Resnik, Física Cuántica, Limusa2.
L. R. Argüello, Física Moderna, Answer Just in Time.
3.
J. C. Wilmott, Física Moderna, Limusa.
4.
R. Eisberg, Fundamentos de Física Moderna, Limusa.
5.
S. Borowitz, Fundamentals of Quantum Mechanics, Benjamin.
6.
R. H. Dicke y J. P. Wittke, Introduction to Quantum Mechanics, Addison-Wesley.
7.
R. P. Feynman, R. B. Leighton y M. Sands, The Feynman Lectures on Physics, Vol 3,
QuantumMechanics, Addison-Wesley.
8.
F. Mandl, Quantum Mechanics, Butterworths.
9.
D. Park, Introduction to Quantum Theory, Mc Graw-Hill.
10. S. Gasiorowicz, Quantum Physics, Wiley.
(b) más avanzados:
11. G. Baym, Lectures in Quantum Mechanics, Benjamin.
12. D. Bohm, Quantum Theory, Prentice-Hall.
13. A. S. Davydov, Quantum Mechanics, Addison-Wesley.
14. P. A. M. Dirac, The Principles of QuantumMechanics, Oxford.
15. L. D. Landau y E. M. Lifschitz, Quantum Mechanics (Nonrelativistic Theory), AddisonWesley.
16. A. Messiah, Quantum Mechanics, Wiley.
17. E. Merzbacher, Quantum Mechanics, Wiley.
18. L. I. Schiff, Quantum Mechanics, Mc. Graw-Hill.
(c) de carácter histórico, excelentes aunque requieren un buen conocimiento de la Mecánica
Cuántica para ser apreciados en todo su valor:19. A. Pais, “Subtle is the Lord …”, Oxford.
20. A. Pais, Inward bound, Oxford.
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21. A. Pais, Niels Bohr’s times, Oxford.
También puede resultar provechoso consultar las diferentes voces en la Encyclopaedia
Britannica, dado que han sido escritas por distinguidos especialistas, así como realizar
búsquedas en la Web.
Pido disculpas por las erratas que pueden haber quedado en en estasnotas pese a la revisión y
agradeceré que se me ponga al corriente de las que fueran detectadas.
Julio Gratton
Buenos Aires, enero de 2003.

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INDICE
1. Introducción

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2. Naturaleza atómica de la materia y la electricidad
La hipótesis atómica
Evidencias de la naturaleza atómica de la materia
Pesos atómicos y la Tabla Periódica de los elementos
La Teoría Cinética
Tamaño de losátomos
La atomicidad de la carga eléctrica
Los rayos catódicos
El electrón
El experimento de Millikan y la cuantificación de la carga

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3. Estructura atómica
Cargas atómicas positivas
La dispersión de rayos X y la cantidad de electrones de cada átomo
El modelo atómico de Thomson
Radioactividad
La dispersión de partículas α por los átomos y el fracaso del...