sábado, 19 de marzo de 2011

6.1 Crisis de la física clásica y origen de la física cuántica. Radiación del cuerpo negro y la hipótesis cuántica.

CRISIS DE LA FISICA CLAISCA
 Finales del siglo XIX, los físicos llegaron a pensar que el edificio de las ciencias estaba prácticamente completo.
Sin embargo, en muy pocos años se realizaron varias experiencias que vinieron a demostrar lo contrario. Estos son los principales aspectos que hicieron que el edificio científico construido se derrumbara con gran estrépito:
  • Los espectros continuos de emisión
  • La teoría de la Relatividad
  • El efecto fotoeléctrico
  • El efecto Compton
  • El comportamiento dual de las ondas electromagnéticas
FISICA CUANTICA
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 colectiva resultante 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 de 1926, el desarrollo de la mecánica cuántica fue espectacular. En ese año Erwin Schrödinger (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 Paul Adrien, Maurice Dirac y del matemático estadounidense, de origen húngaro, John von Neumman.
La física cuántica -también conocida como mecánica cuántica o mecánica ondulatoria- es la rama de la física que estudia el comportamiento de la energía y la materia cuando las dimensiones de ésta son inferiores a los 1.000 átomos.
El término ‘mecánica cuántica’ fue utilizado por primera vez por Max Born en 1924, aunque la primera formulación cuántica de un fenómeno se había dado a conocer anteriormente, el 14 de diciembre de 1900 en una sesión de la Sociedad Física de la Academia de Ciencias de Berlín. Su autor, Max Planck es considerado el padre de los fundamentos de la física cuántica.
En cualquier caso, la mecánica cuántica es la última y más moderna de las ramas de la física, ya que sus bases se concretaron a lo largo de la primera mitad del siglo XX, en respuesta a los problemas que no podían ser resueltos por medio de la física clásica.
En el desarrollo formal de la teoría tuvieron mucho que ver también otros físicos y matemáticos, entre quienes destacaron Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Dirac y Von Neumann. Algunos de los aspectos fundamentales de la teoría de la física mecánica están siendo aún estudiados activamente.

RADIACION DEL CUERPO NEGRO
Todos los objetos emiten ondas electromagnéticas. Para entender por qué emiten radiación los objetos ponga mucha atención a las siguientes consideraciones: 
  
  • Los objetos están hechos de átomos. 
     
     
  • Un átomo puede emitir radiación (como la luz) cuando uno de sus electrones pierde energía y así pasa a un orbital de menor energía. 
     
     
  • Un átomo puede absorber radiación cuando uno de sus electrones gana energía y así pasa a un orbital de mayor energía. 
     
     
  • El movimiento de los átomos en un objeto produce choques o vibraciones que estimulan la emisión y absorción de radiación. 
     
     
  • Un aumento en la temperatura de un objeto representa un aumento de la energía cinética de movimiento de sus átomos. 
     
     
  • En la naturaleza ningún objeto puede tener temperatura absoluta igual a cero. 
     
     

  
El físico alemán Max Plank, descubrió la ley que gobierna la radiación de los cuerpos en equilibrio termodinámico. Según Plank, la intensidad de radiación para cada longitud de onda depende únicamente de la temperatura del cuerpo en cuestión. 
 
 
El espectro de radiación (o intensidad para cada longitud de onda) al que llegó Plank tiene una forma característica así: 
 
 

Los físicos designan este espectro con el nombre de Radiación de Cuerpo Negro. Plank llegó a este resultado introduciendo el concepto de quantum de energía (es decir que la energía en la naturaleza sólo se puede intercambiar en paquetes con cantidades discretas). Este es el principio de la mecánica cuántica. 
 
 

HIPOTESIS CUANTICA
La física de la época de Max Planck no permitía explicar los detalles de la radiación térmica (también llamada radiación de cuerpo negro). Planck tuvo que inventar una física nueva. Supuso que la radiación se emitía y absorbía en “paquetes”. Cada paquete contiene una cantidad fija de energía y no se puede subdividir. Planck llamó a los paquetes quantum (que quiere decir “qué tanto” en latín). Con la hipótesis de que la radiación venía en cuantos, Planck logró explicar la radiación térmica.

La hipótesis cuántica de Planck iba en contra de lo que se sabía acerca de la energía. Los físicos pensaban que ésta podía ir y venir entre los objetos como un flujo continuo (digamos, como un chorro de agua, que llena una cubeta continuamente). Planck cambió este flujo continuo por una ráfaga de paquetes discontinuos (como si la cubeta se llenara de piedras, o cubos de hielo). Al principio este razonamiento no le gustó ni a Planck. Pero la hipótesis cuántica ganó adeptos conforme fue explicando otros fenómenos que no se entendían con la física clásica.
BILBIOGRAFIA


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