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FÍSICA

11/02/2015

QUINTEROS - SÁNCHEZ W.- TAPIA

Límites entre la Física Moderna, la Mecánica Clásica y la Mecánica Cuántica

INTRODUCCIÓN:

Stephen Hawking: "Dios no sólo juega a los dados, sino que los tira dónde no podemos verlos"

Día a día convivimos con la tecnología que se ha desarrollado paulatinamente a lo largo de los años, la cual se fundamenta en criterios de mentes brillantes. Esto es el resultado de un período extenso de investigación y curiosidad por el acontecer de nuestro Universo. Este entendimiento de los fenómenos universales está fragmentado por tres teorías físicas: la Física Moderna, la Física Clásica y la Física Cuántica. Todos estos principios son comprobables; sin embargo, existen terrenos del Universo que aún no los logramos comprender por completo hasta que no se descubra una teoría unificada. A través de este ensayo mostraremos qué es lo que impide que dichos postulados científicos puedan formar una ley unánime.

MARCO TEÓRICO:

Si se tomara a las leyes de Newton como aplicables a todo sistema la vida no sería posible puesto que las partículas subatómicas no estarían sujetas a los núcleos por la acción de la gravedad. En el estudio de la interacción entre dos cargas, se entendió que la gravedad no actúa en este fenómeno, por tanto no se van a cumplir las leyes de Newton; más bien existe una fuerza entre las cargas que fue descubierta por Coulomb. A principios del siglo XX Albert Einstein demostró que a velocidades cercanas a la de la luz (c), las leyes de la mecánica clásica no son válidas porque se alteran algunas magnitudes de los cuerpos. Por ejemplo: la masa al igual que el tiempo se dilatan y la longitud se contrae. Desde entonces se comprendió que el comportamiento de la materia a nivel microscópico diverge.

(Serway, 2007) Planck marco una clara separación de la física clásica y la teoría cuántica. La física clásica no podía explicar que las longitudes de onda cortas emitidas por un cuerpo negro a través de la ecuación de Rayleigh Jeans. En el año 1900 Max Planck desarrollo una ley que está en total de acuerdo con los resultados experimentales de todas las longitudes de onda, para esto Planck propuso el fundamento de los estados cuantizados. Esto quiere decir que la energía de un oscilador solo puede tener valores discretos. Cada uno de los valores discretos de energía corresponde a un estado cuántico diferente representado por el número cuántico n.

(Serway, 2007) En 1905 Albert Einstein con los resultados de su modelo del efecto fotoeléctrico contradijo varias predicciones del método clásico. Entre estas están: la dependencia de la energía cinética del fotoelectrón relación con intensidad de la luz, el intervalo entre la incidencia de la luz y la expulsión de fotoelectrones, la dependencia que tienen los electrones con la frecuencia de la luz y la dependencia de la energía cinética del fotoelectrón en la relación con la frecuencia de la luz.

(Serway, 2007) La física clásica no podía explicar la dispersión de los rayos X a causa de los electrones porque se predecía que la presión de radiación debe hacer que los electrones se aceleren en la dirección de la propagación de las ondas. Sin embargo, lo que en realidad pasa es que el electrón es desviado un ángulo Φ respecto a dicha dirección. Esto lo descubrió Arthur Holly Compton en 1923 lo cual le llevo a ganar el premio nobel de física en 1927.

(Serway, 2007) El efecto fotoeléctrico y dispersión de Compton, es una prueba concluyente de que la luz tiene propiedades de las partículas, ya que no se puede describir con bases ondulatorias, por tanto la luz es un paquete “onda-partícula”. Tomando en consideración el experimento de Young, se nota que al hacer pasar luz monocromática por un par de rendijas cercanas, se comenzara a formar un patrón de franjas, que dependiendo del tiempo de exposición y de la intensidad de la luz, se ira formando fotón por fotón, mientras más tiempo se exponga la luz a la película se formara el mismo patrón de interferencia que caracteriza a las ondas, lo cual es sorprendente. Esto nos lleva a una conclusión, la luz viaja como onda y choca como partícula, definiéndolo así al principio de complementariedad, ya que ambos comportamientos son necesarios para entender, fenómenos cuánticos.

(Hewitt, 2007) La ecuación de Schrödinger fue formulada para describir cómo se comportan las ondas materiales ante la influencia de fuerzas externas, la ecuación de Schrödinger juega el mismo papel en la mecánica cuántica, que la ecuación de Newton (que relaciona la aceleración con la fuerza y la masa), en la mecánica clásica. La ecuación de Schrödinger, indica la posibilidad de encontrar un electrón en un átomo en determinado intervalo de radio atómico.

CONCLUSIÓN:

En conclusión, la mecánica cuántica (M.C.) es una ley fundamental de la naturaleza, y por el principio de correspondencia, cuando las técnicas de la (M.C.), son aplicadas a sistemas macroscópicos, y no a atómicos, los resultados son idénticos a los de la mecánica clásica, por tanto la nueva teoría y la anterior se deben corresponder.

BIBLIOGRAFÍAHewitt, P. G. (2007). Física Conceptual. PEARSON.

Serway. (2007). Física para ciencias e Ingeniería vol 2. Cengage learning.