Inquietudes…

Sábado, 23 febrero, 2008

El nacimiento de la mecánica cuántica

Filed under: essentials,físicas,matemáticas — Manuel @ 17:44

quantum-image.jpgCuando una teoría que intenta explicar la naturaleza comienza a dar resultados que no concuerdan con lo que medimos, ¡es un buen momento para cambiarla por otra nueva!

Esta es la historia de cómo un truco matemático significó en realidad una nueva interpretación de la realidad: el nacimiento de la mecánica cuántica. Y ocurrió a principios del siglo XX, momento en el que las dos teorías que intentaban explicar lo que nos rodea comenzaban a hacer aguas: la ley de gravitación universal y la teoría electromagnética clásica.

El problema del infinito

En el caso de la teoría electromagnética, el problema ocurría cuando se intentaba explicar la emisión de radiación de un objeto en equilibrio. Cualquier objeto emite una radiación que proviene de la vibración microscópica de las partículas que lo componen. Es la llamada radiación térmica.

Pues bien, usando las ecuaciones de la electrodinámica clásica, si calculabas la energía que emitía esta radiación térmica ¡daba infinito! Este ilógico resultado intrigaba a los físicos de la época.

El motivo por el que la energía de la radiación térmica de un objeto daba infinito, dicho de manera simple, provenía de que para calcularla debías sumar todas las frecuencias que emitía el objeto. Estas frecuencias, según la teoría electromagnética clásica, se distribuían de manera continua*, con lo que para sumarla debías hacerlo sobre todos los valores posibles: es decir, debías hacer una suma continua; una integral.

Entra Planck. Sale el electromagnetismo clásico.

max-planck-2.jpgPero justo en el año 1900, a Max Planck se le ocurrió un truco matemático: se dio cuenta de que si sustituímos la integral por un sumatorio, es decir, por una suma no continua (discreta*), no sólo dejábamos de obtener un infinito, sino que además el resultado concordaba con lo que después medíamos.

Aceptar el truco matemático de Planck tenía serias implicaciones que chocaban con la teoría vigente: suponía aceptar que la energía y las frecuencias que emite cualquier objeto se distribuyen de manera discreta; es decir, están cuantizadas y sólo puede tener ciertos valores. Era realmente extraño y hasta el mismo Planck, cuando publicó los resultados, afirmaba que su hipótesis era, sin duda, falsa.

Sin embargo, el tiempo (y Niels Bohr, y Albert Einstein) demostró que no era así. Investigaciones posteriores pusieron de manifiesto no sólo que la energía estaba cuantizada, sino que a nivel microscópico muchas más cosas también lo están (como la misma luz, el momento lineal, las “órbitas” de los electrones en un átomo…). El problema es que en el mundo que vemos, el mundo macroscópico, no notamos esa cuantización por lo diminuta que es.

Tiempos distintos, mismos problemas

lhc-2.jpgLo que comenzó siendo un “truco matemático” tiene tantas implicaciones dentro de la física, que todavía, más de un siglo después, no logramos comprender muchas de ellas.

La teoría cuántica que surge con el descubrimiento de Planck ha evolucionado mucho. Ha llegado a lo que hoy llamamos Teoría Cuántica de Campos (TCC). Sin embargo, los problemas con los que nos encontramos ahora no han evolucionado tanto.

Y es que cuando en la TCC haces algunos cálculos básicos, te encuentras con que el resultado es, de nuevo, infinito. Y aunque existen trucos -bastante insulsos, por cierto- de esquivar esos infinitos, no terminamos de entender por qué los obtenemos ni cómo mejorar la teoría.

Para dar un poco de luz al tema se está construyendo una inmensa máquina en la frontera entre Suiza y Francia, el Large Hadron Collider, que esperamos que nos ayude a desvelar este gran misterio y a ampliar los límites del saber humano más allá de la TCC. Hasta el siguiente infinito…

——————–

* Una variable es continua si entre dos valores cualesquiera existen infinitos valores (como ocurre, por ejemplo, con los números reales). En contraposición, una variable es discreta cuando existen valores sucesivos que no tienen ninguno en medio de ellos (los números naturales N={0, 1, 2, 3, …} sería un ejemplo).

28 comentarios »

  1. genial…

    Comentario por masartin — Domingo, 24 febrero, 2008 @ 19:24 | Responder

  2. muy interesante

    Comentario por robextrem — Domingo, 24 febrero, 2008 @ 22:38 | Responder

  3. Hombre, esto me recuerda a un café que tomamos tres personajes relacionados con este blog y en el que hablábamos de las cosas que en la vida son continuas y las cosas que son discretas. ¿Por ejemplo las percepciones de los colores que las máquinas fotográficas digitales hacen en esos casos en que son capaces de tomar instantáneas en B&N destacando en color sólo aquellos objetos del tono seleccionado y definido previamente? ¿En qué momento el azul deja de ser azul si ése es el color seleccionado y el objeto de ese tono “al límite discreto del azul” deja de aparecer coloreado?
    La realidad es discreta… aunque parezca continua. Nuestros cuerpos son discretos, aunque parezcan continuos… Y todo ello eriza el vello del cuello, pero hay lo que hay…
    Me ha encantado tu artículo! :o)

    Comentario por Carlos — Lunes, 25 febrero, 2008 @ 0:42 | Responder

  4. ¿Y el tiempo? ¿Es continuo o discreto?
    😉

    Manuel

    Comentario por Manuel — Lunes, 25 febrero, 2008 @ 10:14 | Responder

  5. Apúntate dos…

    Comentario por Jareta — Martes, 26 febrero, 2008 @ 9:24 | Responder

  6. El nacimiento de la mecánica cuántica

    [c&p] Cuando una teoría que intenta explicar la naturaleza comienza a dar resultados que no concuerdan con lo que medimos, ¡es un buen momento para cambiarla por otra nueva! Esta es la historia de cómo un truco matemático significó en realidad…

    Trackback por meneame.net — Martes, 26 febrero, 2008 @ 14:55 | Responder

  7. Yo soy una persona dicreta, me podéis decir el secreto de la mecánica cuántica, no se lo contaré a nadie.
    Saludos

    Comentario por hola — Martes, 26 febrero, 2008 @ 15:19 | Responder

  8. Quería decir “discreta”

    Comentario por hola — Martes, 26 febrero, 2008 @ 15:19 | Responder

  9. ES ALGO MUY INTERESANTE Y TENGO VARIOS PARIENTES K SON MECANICOS

    Comentario por KIMBERLY — Miércoles, 5 marzo, 2008 @ 2:45 | Responder

    • jejejejjj bien por ti

      Comentario por camilo torres — Miércoles, 29 julio, 2009 @ 2:17 | Responder

    • you got to be kiddin!!!!!!!!!!!!!!!!

      Comentario por frank — Viernes, 27 noviembre, 2009 @ 8:15 | Responder

  10. xD

    Comentario por poiuy — Martes, 25 marzo, 2008 @ 16:12 | Responder

  11. […] En los primeros años del siglo XX se produjo una revolución extraordinaria en la física con el nacimiento de la mecánica cuántica, pero también se abrió un campo plagado de grandes interrogantes que mantienen intrigados a […]

    Pingback por La materia al descubierto « Inquietudes… — Domingo, 13 abril, 2008 @ 23:17 | Responder

  12. esta padrisimo pero falta informacion mas detallada

    Comentario por juan — Miércoles, 8 octubre, 2008 @ 19:58 | Responder

  13. Falta explicar el campo unificado y la teoría de cuerdas, que sin embargo siguen siendo teorías, aun no podemos comprender como funciona el cuerpo humano al 100% y estamos buscando hace mas de 200 años a explicaciones “físicas” y hablamos de tiempo cuando aún no surge la respuesta a: ¡¿que es el tiempo??? alguien por favor que me diga que me aclare………..

    Comentario por sulk — Domingo, 9 noviembre, 2008 @ 8:24 | Responder

  14. Quisiera que me indicaras alguna publicación o comentaro sobre las aplicaciones filosóficas de la mecánica cuántica al tiempo y al espacio.

    Gracias

    Comentario por PIRIZ — Domingo, 1 marzo, 2009 @ 10:34 | Responder

    • Estimado piriz:
      yo estoy estudiando lo mismo y he encontrado que los postulados filosoficos en que se basa el conocimiento occidental vienen de aristoteles,causando un gran efecto negativo sobre todo en los sistemas de creencias,sobre todo las religiones y no se diga en las demas ciencias,contestando a tu pregunta si existe filosofia relacionada con el tema,el resultado que he encontradao hasta ahorita es la dialectica que la postulo heraclito de efeso,y la vuelve a retomar hegel con su idelaismo dialectico y despues engels y carlos marx con su materialismo dialectico,sin embargo con la caida del comunismo creo que ha habido un estancamiento
      y por otro lado aparece la mecanica cuantica y efectivamente ahorita estoy estudiando como ligar la mecanica cuantica con la dialectica espero tus comentarios correo ferluis quijano@hotmail.com estoy en mexico soy luis fernando quijano

      Comentario por luis fernando quijano rolosa — Miércoles, 28 diciembre, 2011 @ 14:40 | Responder

  15. Se perece al dicho: “lo que está a la vista no necesita anteojos”…; ¿por que no pensar en que las cosas son discretas y contínuas a la véz?… así como tampoco sé de que escribo o percibo…

    Comentario por Fernando Alzuru — Martes, 19 mayo, 2009 @ 14:23 | Responder

  16. super buena esta pag concluyo todo lo q habia buscado en muchas paginas y enlaces q me habian dado.. felicitaciones

    Comentario por camilo torres — Miércoles, 29 julio, 2009 @ 2:16 | Responder

  17. la mecanica cuantica va mas lejos que nuestros suenos,meditar en ella es comprender un poco mas a Dios.En ese punto La materia es alterada bajo la concepcion del pensamiento independientemente de la pocion del tiempo y espacio bajo la forma de un holograma cuantico,campo unificado.comprendiendo de que esta formado el espacio,pues si no existiera el espacio todas las cosas serian compactadas en si mismas,alguna propiedad tendra el espacio que permite la trayectoria del foton o cualquier particua,es decir existe una cualidad energetica que hace unico el espacio.Comprendiendo esto un poco mas nos encontramos conque el espacio esta lleno es mas se podria decir que saturado.Aqui las reglas conseptuales de nuestra experiencia representan unserio estorbo en la comprencion cuantica.

    Comentario por samuel — Miércoles, 23 septiembre, 2009 @ 3:03 | Responder

  18. Sólo una pequeña puntualización. Una variable continua, al menos desde el punto de vista matemático, requiere que entre dos valores cualesquiera haya infinitos valores. Además, tiene que cumplirse que cualquier sucesión que “parece que converge” converge efectivamente a un valor (sucesiones de Cauchy). Esto no se cumple por ejemplo con los números racionales.

    Comentario por Recurrente — Jueves, 14 enero, 2010 @ 21:22 | Responder

  19. pues la mecanica cuantica como la ficica rigen el espacioi y su continido para saber mas sobre la materia ya que la mecanica cuantica estudia el com por taminto de la materia y la energia en un munda pequeño en la estructura bueno esta investigacion

    Comentario por jose de jesus de los santos — Miércoles, 14 abril, 2010 @ 4:45 | Responder

  20. Alguien preguntó que es el tiempo si es continuo o discreto,yo creo que si el tiempo es continuo entonces es una variable que no podemos controlar ni manipular y solo podriamos pensar en una varible que ordena todos los actos o acciones para que estas no ocurran simultaneamente .pero si pensamos en algo discreto,de alguna manera (no se como)lo podriamos desordenar como un rompecabezas,pasaria ha ser una variable controlable,podriamos ordenarla de adelante haci atras o viceverza,si lo pensamos como discreto podiamos viajar al futuro o volver al pasado buscando un atajo que mejor nos parezca.

    Comentario por adolfo — Miércoles, 8 septiembre, 2010 @ 4:00 | Responder

  21. El tiempo es un vector.

    Comentario por Uno — Sábado, 12 febrero, 2011 @ 17:39 | Responder

  22. algien me puede explicar porqué de la nada surgió el bis ban

    Comentario por luis fuentes miravalles — Jueves, 14 abril, 2011 @ 10:48 | Responder

  23. i got smart

    Comentario por stef — Viernes, 26 agosto, 2011 @ 17:15 | Responder

  24. que de verdad ahi en todo esto? diversos laboratorios dedicados a la fisica cuantica son los responsables de el tsunami que afecto a japon y de otros catastrofes en el mundo.

    Comentario por m.m.m. — Sábado, 15 octubre, 2011 @ 18:56 | Responder

  25. Cuando un gran número de personas (en una organización) se hacen adeptos a los propósitos o metas del organismo, y se logran todos los propósitos que emprenden, ¿se podría decir que es una cuestión de Mecánica Cuántica?

    Comentario por Héctor Hugo García Paz — Sábado, 9 mayo, 2015 @ 5:56 | Responder


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