Que é a física cuántica

No instituto estamos afeitos a estudar física. Non obstante, hai un tipo de física ao que quizais non todos estean afeitos. Trátase do física cuántica. Moitos non saben o que é a física cuántica. É un tema moi debatido e fascinante que pode revolucionar a nosa idea do universo que nos rodea. É a teoría da física a que describe o comportamento da materia e tamén ten varias aplicacións na vida cotiá.

Por iso, neste artigo imos contarvos que é a física cuántica e cales son as súas características.

Que é a física cuántica

A física cuántica tamén se denomina teoría cuántica ou mecánica. Porque se basea nunha teoría mecánica que se centra na escala de lonxitudes e nos fenómenos da enerxía atómica e subatómica, dando nova vida ás teorías anteriores, que agora se consideran obsoletas.

Cal é a diferenza entre a física clásica e a física cuántica? Este último describe a radiación e a materia como fenómenos duais: ondas e partículas. Polo tanto, a dualidade onda-partícula pode considerarse como unha das características desta mecánica. A relación entre ondas e partículas estúdase e confírmase a través de dous principios:

• O principio de complementariedade
• Principio de incerteza de Heisenberg (o segundo formaliza o primeiro).

Certamente podemos estar seguros de que, despois do descubrimento da teoría da relatividade e do nacemento da física clásica, estes coñecementos marcaron o inicio dunha nova era, a física moderna. Para estudar a mecánica cuántica de forma integral, é necesaria unha integración entre os diferentes sectores da física:

• física atómica
• partículas físicas
• Física da materia
• Física nuclear

Orixe

Física clásica non podía estudar a materia a nivel micro a finais do século XIX, que se pode dicir que está fóra do alcance da medición atómica. Polo tanto, é imposible estudar a realidade experimental, especialmente os fenómenos relacionados coa luz e os electróns. Pero a xente sempre quere ir máis aló, e a súa curiosidade innata lévao a explorar máis.

A principios do século XX, os descubrimentos que xurdiron a escala atómica desafiaron as antigas suposicións. A teoría cuántica nace grazas a un termo acuñado polo académico Max Planck a principios do século XX. O concepto básico é que a magnitude e cantidade microscópicas dalgúns sistemas físicos poden incluso cambiar de forma descontinua pero discreta.

Estes son os estudos e investigacións que permitiron chegar a estas conclusións:

• 1803: recoñecemento dos átomos como elemento constituínte das moléculas
• 1860: a táboa periódica agrupa os átomos por propiedades químicas
• 1874: descubrimento do electrón e do núcleo
• 1887: estudos sobre a radiación ultravioleta

A última data pode marcar a liña divisoria principal. Para frecuencias de radiación por debaixo do limiar, o fenómeno de interacción (efecto fotoeléctrico) entre a radiación electromagnética e a materia desaparece. Debido ao efecto fotoeléctrico, a enerxía dos electróns é proporcional á frecuencia da radiación electromagnética. A teoría ondulatoria de Maxwell xa non é suficiente para explicar certos fenómenos.

Teoría cuántica

Para resumir os factores que contribuíron ao nacemento da física cuántica, podemos enumerar datas máis importantes que están asociadas aos descubrimentos e coñecementos utilizados para rastrexar a historia da mecánica cuántica:

• 1900: Planck i.Introduce a idea de que a enerxía é cuantificada, absorbida e emitida.
• 1905: Einstein demostra o efecto fotoeléctrico (a enerxía do campo electromagnético é transportada por cantos de luz (fotóns)
• 1913: Bohr cuantifica o movemento orbital do electrón.
• 1915: Sommerfeld introduce novas regras, xeneralizando os métodos de cuantificación.

Pero foi a partir de 1924 cando a teoría cuántica, tal e como a coñecemos agora, sentou as bases. Neste día, Louise de Broggie desenvolveu a teoría das ondas de materia. Ao ano seguinte, Heinsburg fíxose cargo, formulou a mecánica matricial, e despois Dirac propuxo a teoría especial da relatividade en 1927. Ata 1982, cando o Instituto de Óptica de Orsay completou a súa investigación sobre a violación da desigualdade de Bell, estes descubrimentos continuaron un tras outro. .

Principios da física cuántica

Entre os descubrimentos máis fascinantes atopamos:

• Dualidade onda-partícula
• Principio de complementariedade
• Inicio da incerteza

Dualismo onda-partícula

Antes só existía a física clásica. Esta dividiuse en dous grupos de leis:

• As leis de Newton
• Leis de Maxwell

O primeiro conxunto de leis describe o movemento e a dinámica dos obxectos mecánicos, mentres que o segundo conxunto de leis describe as tendencias e conexións entre os suxeitos que forman parte dos campos electromagnéticos: luz e ondas de radio, Por exemplo.

Algúns experimentos mostran que a luz pódese pensar como unha onda. Pero non foron confirmados. Por outra banda, a luz ten natureza de partículas (de Einstein e Planck) e, polo tanto, a idea de que está composta por fotóns gaña cada vez máis lexitimidade. Grazas a Bohr entendeu que a natureza da materia e da radiación eran:

• Fai unha onda
• Faino un corpo

Xa non era posible pensar desde unha perspectiva ou outra, senón desde unha perspectiva complementaria. O principio complementario de Bohr só enfatiza este punto, é dicir, os fenómenos que ocorren a escala atómica teñen a dobre propiedades de ondas e partículas.

Principio de incerteza de Heinsenberg

Como mencionamos anteriormente en 1927, Heinsenberg demostrou que certos pares de magnitudes físicas, como a velocidade e a posición, non se pode rexistrar simultaneamente sen erros. A precisión pode afectar a unha das dúas medicións, pero non as dúas ao mesmo tempo, porque fenómenos como a velocidade afectarán o resultado da outra medición e invalidarán a medición.

Para localizar o electrón é necesario iluminar un fotón. Canto máis curta sexa a lonxitude de onda do fotón, máis precisa será a medición da posición do electrón. En física cuántica, a baixa frecuencia de ondas dos fotóns leva máis enerxía e velocidade que as que absorben os electróns. Ao mesmo tempo, estas medidas non se poden determinar.

Espero que con esta información poidas aprender máis sobre o que é a física cuántica e cales son as súas características.