4 hitos de la mecánica cuántica moderna

La mecánica cuántica o la física de lo microscópico tuvo su aparición en los trabajos de Max Planck, Albert Einstein y Niels Bohr. Este último, partiendo del concepto de los cuantos, pudo explicar muy bien el modelo atómico del hidrógeno, solo que este modelo no era capaz de explicar el comportamiento de las líneas espectrales de átomos más complejos. Por tal motivo, el modelo estaba incompleto y solo fue terminado más adelante con los trabajos de Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger. 

1. de Broglie extiende las propiedades ondulatorias de la luz a la materia

Louis de Broglie llego a sugerir que el comportamiento corpuscular-ondulatorio de la luz podía extenderse a la materia misma llegando a formular su ecuación de la siguiente manera. Partió de las ecuaciones:   E=mc2 y    E=fh; donde E es energía; m es la masa; c es la velocidad de la luz; f, la frecuencia y h es la constante de Planck.

Al igualar las dos ecuaciones se obtiene  mc2= fh. Pero, teniendo en cuenta a la longitud de onda (L), entonces  f = c/L; de donde  mc2 = ch/L.

Si eliminamos una de las c en ambas ecuaciones, nos queda mc = h/L.  Al despejar L nos queda que  L = h/mc y como las partículas viajan a velocidades menores que la de la luz, entonces c se aproxima a v, por lo que la formula que relaciona la onda con la partícula es:

2. La física cuántica matricial de Werner Heisenberg

Para 1925, Heisenberg desarrolla una teoría cuántica eliminando todo sistema referencial, que elimina la dualidad onda-partícula y que solo considera reales a las propiedades medibles del átomo. A Max Born le gusto el trabajo de Heisenberg y sugirió que tales mediciones podían ser organizadas en filas y columnas, es decir un arreglo matricial, y con ello hacer predicciones para las variables físicas. El método de Heisenberg fue un éxito y fue denominado mecánica de matrices.

Asimismo, Heisenberg también es conocido por su descubrimiento y formulación del principio de incertidumbre el cual es ineludible en la mecánica cuántica.

3. La física cuántica ondulatoria de Schrödinger

Por otro lado, el físico austriaco y Premio Nobel Erwin Schrödinger, seguro de la posibilidad de representar el micromundo mediante un referencial, retoma la dualidad onda-partícula y desarrolla una ecuación de onda que sería aplicada a cualquier sistema de referencia físico, con la condición de que fueran conocidos los valores matemáticos de su energía. A esto se lo conoce como mecánica ondulatoria.

4. El álgebra cuántica de Paul Dirac

Las dos teorías anteriores tuvieron críticas cruzadas por parte de sus creadores. Pero, en 1926,  Paul Dirac, un físico británico y premio Nobel, aparece con una teoría a la que llamo álgebra cuántica, que demostraba que la mecánica de matrices y la ondulatoria son matemáticamente equivalentes.

Paul Dirac también realizó una unificación de la teoría de la relatividad especial y la teoría cuántica en sus ecuaciones, y prediciendo a la vez la existencia del positrón, partícula encontrada en 1932 por Carl David Anderson, y que es la antipartícula del electrón. 

Así, la física cuántica moderna puede explicar el espectro de todos los átomos. Claro que la mecánica cuántica moderna también encuentra su desarrollo en los trabajos de Wolfgang Pauli, con el principio de exclusión y la aparición del neutrino, así como los aportes de  John von Neumann y Richard Feynman, todos ganadores del premio Nobel.

Ahora, ¿quieres conocer algunas c uriosidades y consecuencias de la mecánica cuántica?