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Unidad 2.
FÍSICA CUÁNTICA

2.1 Antecedentes Históricos De La Mecánica Cuántica

Aunque se afirma que la física cuántica nació con el descubrimiento de Planck, en 1900, lo cierto es que su formulación se inició hasta 1925, con los trabajos de otro físico alemán, Werner Heisenberg. Es indudable que la mecánica cuántica, como casi todas las teorías científicas modernas, es una obra colectivaresultante de una gran variedad de esfuerzos personales realizados durante muchos años y en diversos lugares. Sin embargo, buscando los antecedentes determinantes de lo que ahora sabemos de ese campo, es imposible pasar por alto un artículo –fechado en 1925– en el que Heisenberg señaló la importancia de cambiar la formulación matemática de los fenómenos que ocurren en el mundo atómico.
A partir de1926, el desarrollo de la mecánica cuántica fue espectacular. En ese año Erwin Schröedinger (físico austriaco) formuló la famosa ecuación que desde entonces lleva su nombre y con ella los físicos iniciaron la construcción del gran edificio que alberga ahora las explicaciones de los fenómenos atómicos y moleculares. Poco después se puso en limpio la estructura matemática de la teoría cuántica,especialmente por los trabajos del físico inglés Paúl Adrien, Maurice Dirac y del matemático estadounidense, de origen húngaro, John Von Neumann. Los logros de la mecánica cuántica son muchos y la lista de problemas pendientes también fue creciendo.

.....Cuando un conjunto de átomos es sometido a una acción externa –un calentamiento o el paso de una corriente eléctrica – éstos emiten radiaciónelectromagnética, por ejemplo luz. El caso del hidrógeno gaseoso fue el favorito de los laboratorios de física, por lo que el arreglo de las líneas luminosas que emite –su espectro – constituyó una especie de modelo para el estudio de la emisión atómica. No obstante, en 1947 el físico estadounidense Willis Lamb, aprovechando las técnicas para el manejo de microondas desarrolladas durante lasegunda Guerra Mundial, descubrió algo inesperado: una de las líneas luminosas del hidrógeno era compuesta y podía separarse en dos, lo que se pensaba era imposible de acuerdo con la teoría aceptada en esos momentos.

Fig. 9

¿Qué es la física cuántica?
La naturaleza atómica de la materia es algo ahora aceptado. Sin embargo, la comprensión del mundo microscópico entraña muchas dificultades, yaque el comportamiento de sus componentes es muy diferente al de los que conforman el mundo de la vida cotidiana. Para explicar ese comportamiento fue necesario construir la física cuántica. Lo común es pensar que al aceptar que la materia tiene una estructura atómica se acepta también que toda sustancia está compuesta por partes irreducibles –átomos en su sentido literal – y que éstas son laspartículas estudiadas en la mecánica newtoniana. Lo primero es correcto pero lo segundo no, ya que suponer que toda sustancia está compuesta por partículas puntuales conduce a predicciones falsas como las que tuvo que enfrentar Planck al estudiar la radiación del cuerpo negro. Veamos por qué.
Cuando un haz luminoso incide en un vidrio parte de él lo atraviesa y la otra parte se refleja. Si consideramosque la luz está formada por fotones explicaríamos la experiencia anterior
diciendo que la superficie del vidrio admite que algunos fotones sigan su camino y que otros
Boten y regresen.

Fig. 10 Espectro continuo, de emisión y de absorción. y Fig. 11 Rayo y luz

La aceptación de la estructura atómica obliga a responder qué sucede a cada componente por lo que cabe preguntarse quéocurriría si incide un sólo fotón en la superficie del vidrio; ¿el fotón pasa o se regresa? Antes de tener una respuesta surge, inevitablemente, otra pregunta: ¿el fotón es una partícula puntual?

 

Para estudiar el comportamiento de los fotones la mecánica cuántica no empieza presuponiendo que tiene una forma específica, pues la noción de partícula que esa teoría ha elaborado es muy flexible y...