LA
MECÁNICA CUÁNTICA Y/O FÍSICA
Definición de Física:
La
física es la ciencia que estudia la composición de la realidad, nos permite
comprender las leyes que rigen los movimientos de los cuerpos y de todo el Universo rastrear el origen del Cosmos, rastrear las diversas formas de la energía, reconocer los
principales componentes microscópicos de los materiales, explorar diferentes
fenómenos eléctricos y magnéticos; analizando cómo puede transformarse, por
ejemplo materia en energía y energía en materia.
En
física, la mecánica cuántica (conocida original-Mente como mecánica
ondulatoria) es una de las ramas principales de la física en el siglo XXI, y
uno de los más grandes avances del siglo XX para el conocimiento humano, que
explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho
posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías, como por ejemplo
los transistores que se usan en la computación, comunicaciones, celulares,
satélites, lectores de código de barras, micro tecnología, nano-tecnología y
esta presente en casi toda la gama de artefactos eléctricos y mecánicos en la
industria del siglo XXI. La mecánica cuántica esta presente en más del 25% del
producto interno bruto MUNDIAL. La mecánica cuántica es funda-Mental para la
investigación actual en la que se requiere tecnología de última generación, en
todas las áreas, disciplinas o profesiones sin excepción.
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LA DUALIDAD DEL QUANTUMEl quantum puede ser onda !energia¡El quantum puede ser partícula !materia¡ PUEDE SER LO UNO O LO OTRO PUEDE SER AMBOS O PUEDE NO SER NINGUNO |
La
mecánica cuántica es la rama de la física que trata los sistemas atómicos y subatómicos,
y sus interacciones con la radiación electromagnética, la fuerza nuclear fuerte
y la fuerza nuclear débil, en términos de cantidades observables y medibles
matemática-Mente. Se basa en la observación de que todas las formas de energía
se liberan en unidades discretas o paquetes llamados cuantos.
Sorprendente-Mente, la teoría cuántica sólo permite normal-Mente un cálculo
probabilístico o estadístico (matemático) de las características observadas de
las partículas elementales, entendidos siempre en términos de funciones de
onda.
Partículas
subatómicas
Cuando
John Dalton postuló su teoría atómica en 1808 consideró que los átomos eran
indivisibles y por tanto en cierto modo partículas elementales. Los avances en
el conocimiento de la estructura atómica revelaron que los átomos no eran ni
mucho menos indivisibles y estaban formados por partículas más elementales:
protones, neutrones y electrones. El estudio de las partículas que forman el
núcleo atómico, reveló que estas no eran elementales, sino que estaban formadas
por partículas más simples. Los neutrones, protones y otras partículas
compuestas como el resto de hadrones y los mesones. Tanto los hadrones como los
mesones están constituidos por partículas más pequeñas, llamadas quarks y
antiquarks y “nubes” de gluones que los mantienen unidos en un entrelazamiento cuantico.
La
lista de partículas subatómicas que actual-Mente se conocen consta de
centenares de estas partículas subatómicas, situación que sorprendió a los
físicos, hasta que fueron capaces de comprender que muchas de esas partículas
real-Mente no eran elementales sino compuestas de elementos más simples
llamados quarks y leptones que interaccionan entre ellos mediante el
intercambio de bosones. En el modelo estándar, que refleja nuestro estado de
conocimiento sobre los constituyentes últimos de la materia, los quarks, los
leptones y los bosones de intercambio se consideran partículas elementales, ya
que no existe evidencia de que a su vez estuvieran formados por otras
partículas más “pequeñas”.
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| LA ESTRUCTURA CUÁNTICA DE LA MATERIA |
Si
bien las partículas más pesadas (hadrones) y las de masa intermedia (mesones)
que respondían a la interacción fuerte fueron consideradas elementales,
actual-Mente se sabe que son partículas compuestas. Sólo las partículas más
ligeras (leptones) que no resultaban afectadas por la interacción fuerte,
resultaron ser elementales. Los dos tipos de leptones más comunes son los
electrones y los neutrinos, de las que como se ha dicho se cree son real-Mente
elementales. Los neutrinos, entidades que comenzaron su existencia como
artificios matemáticos, ya han sido detectados y forman parte de todas las
teorías físicas de la composición de la materia, de la cosmología, astrofísica
y otras disciplinas.
Partícula
elemental
Las
partículas elementales son los constituyentes elementales de la materia, más
precisa-Mente son partículas que no están constituidas por partículas más
pequeñas ni se conoce que tengan estructura interna.
Original-Mente
el término partícula elemental se usó para toda partícula subatómica como los
protones y neutrones, los electrones y otros tipos de partículas exóticas que
sólo pueden encontrarse en los rayos cósmicos o en los grandes aceleradores de
partículas, como los piones o los muones. Sin embargo, a partir de los años
1970 quedó claro que los protones y neutrones son partículas compuestas de
otras partículas más simples como ya lo hemos dicho. Actual-Mente el nombre
partícula elemental se usa para las partículas, que “hasta donde se sabe”, no
están formadas por partículas más simples.
Partículas
propia-Mente elementales
Una
visión general de las distintas familias de partículas elementales, y las
teorías que describen sus interacciones.
Actual-Mente
se cree que los leptones, los quarks y los bosones gauge son todos los
constituyentes más pequeños de la materia y por tanto serían partículas
propia-Mente elementales. Existe un problema interesante en cuanto a estas
partículas propia-Mente elementales, ya que parecen los leptones, por ejemplo,
agruparse en series homofuncionales, o sea, que funcionan de igual manera, siendo
cada generación similar a la anterior pero formada por partículas más masivas:
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| LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES |
•Generación 1: electrón, neutrino
electrónico, Quark arriba, Quark abajo.
•Generación 2: muón, neutrino muónico,
Quark extraño, Quark encantado.
•Generación 3: tauón, neutrino
tauónico, Quark fondo, Quark cima.
En
teorías anteriores de la física clásica, la energía era tratada única-Mente
como un fenómeno continuo, en tanto que la materia se supone que ocupa una
región muy concreta del continuo espacio/tiempo y que se mueve de manera
continua. Según la teoría cuántica, la energía se emite y se absorbe en
cantidades discretas y minúsculas. Un cuanto es la menor cantidad de energía
que puede ser emitida, propagada (Transmitida o trasferida) o recibida.
Un
paquete individual de energía, llamado cuanto, en algunas situaciones se
comporta como una partícula de materia y en otras como una onda, es decir, un
cuanto tiene la particularidad dual de onda/partícula.
A
nivel subatómico, la materia no está en un lugar determinado, sino más bien
muestra “tendencias a existir”, y los sucesos atómicos no ocurren en
determinados tiempos y en determinadas maneras, sino que más bien muestran
“tendencias a ocurrir”. En el formulismo (protocolo) de la teoría cuántica,
estas tendencias se expresan como probabilidades y están relacionadas con
“cantidades matemáticas que toman la forma de ondas”. Esta es la razón por la
cual las partículas pueden ser al mismo tiempo ondas –la dualidad quántica de
onda/partícula-. No se trata de ondas tridimensionales “reales” como las ondas
sonoras o las ondas de agua, sino de “ondas de probabilidad”, cantidades
matemáticas abstractas o in-concretas, con todas las características propias de
las ondas, relacionadas con las probabilidades de encontrar las partículas en
puntos concretos del espacio y en tiempos particulares. Todas las leyes de la
física atómica y sub-atómica –física cuántica o mecánica cuántica se expresan
en términos de estas probabilidades. Nunca se puede predecir un suceso atómico
con certeza; sólo podemos decir que es “probable” que ocurra.
La
mecánica cuántica describe en su visión más ortodoxa (de acuerdo con los
principios funda-Mentales que la rigen), cómo cualquier sistema físico, y por
lo tanto todo el universo: Existe en una diversa y variada multiplicidad de
estados. Los cuales, habiendo sido organizados matemática-Mente por los
físicos, son denominados auto estados de vector y valor propio. De esta forma
la mecánica cuántica explica y revela la existencia del átomo y los misterios
de la estructura atómica y subatómica y por lo tanto toda la estructura de la
materia; lo que la física clásica, y más propia-Mente la mecánica clásica, no
podía explicar debida-Mente.
La
mecánica cuántica es la última de las grandes ramas de la física. Comienza a
principios del siglo XX, en diciembre del año 1900. Fue Max Planck quien
entonces enunció la hipótesis de que la radiación electromagnética es absorbida
y emitida por la materia en forma de cuantos de luz o fotones de energía
mediante una constante estadística, que se denominó constante de Planck.
El
siguiente paso importante se dio hacia 1925, cuando Louis de Broglie propuso
que cada “partícula material tiene una longitud de onda asociada”,
inversa-Mente proporcional a su masa, (a la que llamó momentum –impulso y
cantidad de movimiento-), y dada por su velocidad. Los modelos actuales
consideran que no sólo los cuerpos con masa poseen cantidad de movimiento,
también resulta ser un atributo de los campos y los fotones.
Poco
tiempo después Erwin Schrödinger formuló una ecuación de movimiento para las
“ondas de materia”, cuya existencia había propuesto de Broglie y varios
experimentos sugerían que eran reales.
La
mecánica cuántica introduce una serie de hechos contra-intuitivos que no
aparecían en los paradigmas (modelos) físicos anteriores; con ella se descubre
que el mundo atómico y sub-atómico no se comporta como esperaríamos. Los
conceptos de incertidumbre, indeterminación o cuantización son introducidos por
primera vez aquí. Además la mecánica cuántica es la teoría científica que ha
proporcionado las predicciones experimentales más exactas hasta el momento, a
pesar de estar sujeta a las probabilidades.
La
electro-dinámica-cuántica, la cual es actual-Mente la teoría física más
comprobada, se encuentra en el mismo corazón de la física moderna de
partículas.
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