Taller de Ciencia para jóvenes. Lunes 25 de julio del 2011, 10:30 horas.

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2 Taller de Ciencia para jóvenes. Lunes 25 de julio del 2011, 10:30 horas

3 Repasar algunos conceptos de Física Explicar en qué consistió la revolución cuántica Explicar algunos conceptos básicos de la mecánica cuántica y analizar la dificultad de su interpretación Analizar en algunos casos particulares cómo surgen los conceptos científicos y señalar la relación de la ciencia con la tecnología

4 1900-1928 La mayor aventura del pensamiento de la historia de la humanidad

5 Construir una teoría, realizar un experimento, encontrar algún hecho, que destruya y modifique profundamente los conocimientos anteriores, tomados la mayor parte de las veces como dogmas.

6 Por tanto, para entender la profundidad y la fuerza de una revolución científica, debemos entender y valorar esos conocimientos previos. Debemos comprender porque esos conocimientos fueron elevados a la categoría de dogma.

7 El hombre tiene un origen divino, fue creado por dios versus El hombre es un animal como cualquier otro. Desciende del mono

8 El inconsciente controla el comportamiento. Los recuerdos y pensamientos inconscientes, especialmente los sexuales y los agresivos, norman nuestro comportamiento y son la causa de las neurosis. El inconsciente se forma, se alimenta de nuestras experiencias y recuerdos desde el vientre materno. El comportamiento de los individuos está íntimamente ligado a su desarrollo sexual

9 Argumentaba que los humanos nacen "polimórficamente perversos", en el sentido de que una gran variedad de objetos pueden ser una fuente de placer

10 Conforme las personas van desarrollándose, van fijándose sobre diferentes objetos específicos en distintas etapas: la etapa oral (ejemplificada por el placer de los bebés en la lactancia); la etapa anal (ejemplificada por el placer de los niños al controlar sus defecaciones); y luego la etapa fálica.

11 Propuso entonces que llega un momento en que los niños pasan a una fase donde se fijan en el progenitor de sexo opuesto (complejo de Edipo) y desarrolló un modelo que explica la forma en que encaja este patrón en el desarrollo de la dinámica de la mente. Cada fase es una progresión hacia la madurez sexual, caracterizada por un fuerte yo y la habilidad para retardar la necesidad de gratificaciones.

12 Tratemos de sumergirnos en la Física de los finales del sigo XIX…..

13 Es el análisis general de la naturaleza, para entender el funcionamiento del Universo.

14 La Física observa los fenomenos de la naturaleza y trata de encontrar los patrones y los principios que relacionan dichos fenómenos.

15  ¿De qué están hechas las cosas? ¿Qué es la materia?  ¿Qué es la luz?  ¿Cómo interaccionan la luz y la materia?

16  ¿Todo efecto tiene una causa?  ¿Dado un efecto, cuál es la causa?

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18 Había un sentimiento subyacente que ya todo estaba esencialmente explicado. Se pensaba que aún había cosas que resolver, pero eran detalles, lo fundamental ya estaba hecho. La Física había explicado todo, pero a la vez había perdido su interés.

19 Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto de partícula Electromagnetismo Óptica Termodinámica. Teoría cinética de los gases

20 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley La catástrofe ultravioleta de la ley de Rayleigh-Jeans. El problema del cuerpo negro

21 Tratemos de sumergirnos en la Física de los finales del sigo XIX….. para ello empecemos con La Mecánica

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23 Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos.

24 Segunda Ley (1609): El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

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26 Sir Isaac Newton Philosophiae Naturalis Principia Mathematica 1687

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28 1.Todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que se le apliquen. 2.La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional al producto de su masa y su aceleración. 3.Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo.

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33 Las leyes de Kepler La estática y las construcciones La mecánica de los fluidos, de los sólidos, etc. La explicación de algunas propiedades termodinámicas de los gases

34 Nada más y nada menos, que la revolución industrial se sustentó en la mecánica de Newton

35 Es totalmente causal

36 "Nous devons envisager l'état présent de l'univers comme l'effet de son état antérieur et comme la cause de celui qui va suivre. Une intelligence qui, pour un instant donné, connaîtrait toutes les forces dont la nature est animée et la situation respective des êtres qui la composent, si d'ailleurs elle était assez vaste pour soumettre ces données à l'analyse, embrasserait dans la même formule les mouvements des plus grands corps de l'univers et ceux du plus léger atome; rien ne serait incertain pour elle, et l'avenir, comme le passé, serait présent à ses yeux. " Laplace Denme las fuerzas que rigen el Universo y las condiciones actuales de él y todo podrá ser dicho, del pasado, el presente y el futuro

37 Su reinado, de más de 200 años, era indiscutible y su poder avasallador Cuando Laplace publicó su “Mecánica celeste”, Napoleón lo llamó y al verlo le dijo enojado: Explica usted todo el sistema del mundo, da usted todas las leyes de la creación y en todo su libro no habla una sola vez de la existencia de dios Laplace le respondió: Señor, no tenía yo la necesidad de esa hipótesis (je n'avais pas besoin de cette hypothèse).

38 Urbain Jean Joseph Le Verrier y John Couch Adams Observando discrepancias entre la órbita de Urano y las predicciones teóricas de la Mecánica de Newton, se pensó que debería existir un octavo planeta. Le Verrier pasó años haciendo los cálculos y el 18 de septiembre de 1846, escribió a Johann Gottfried Galle del Observatoire de Berlin y el 23 septiembre Galle apunta su telescopio al lugar calculado y descubre Neptuno a 8 minutes

39 Es totalmente causal, no sólo eso, es totalmente DETERMINISTA

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53 Todas las variables dinámicas (posición, tiempo, velocidad, cantidad de movimiento, energía, energía cinética, energía potencial, momento angular) son reales, es decir; todas las variables dinámicas son continuas.

54 Está basada en el concepto de continuidad. Las cantidades físicas son variables continuas El espacio (la posición) El tiempo La energía La cantidad de movimiento Etc.

55 Un cuerpo puedes estar a 1 cm. de una marca Pero también puede estar en cualquier posición, tan cercana como queramos, a dicha marca Puede estar a 1.1 cm Puede estar a 1.01 cm Puede estar a 1.0000001 cm Puede estar a 1.000000000000000000000000000001 cm

56 Un cuerpo girando puede ocupar cualquier orbita

57 Una partícula en movimiento puede tener cualquier energía 1 joule 1.1 joule 1.01 joule 1.000000001 joule 1.0000000000000000000000000000001 joule 1.00000000000000000000000000000000000000000000001 joule

58 Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto de partícula Electromagnetismo Óptica Termodinámica. Teoría cinética de los gases

59 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley La catástrofe ultravioleta de la ley de Rayleigh-Jeans. El problema del cuerpo negro

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62 ¿Qué es una onda?

63 Una onda es una perturbación de alguna propiedad de un medio, la perturbación se propaga a través del espacio transportando energía.

64 El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa, como el aire, agua, un trozo de metal, etc. Las propiedades que sufren la perturbación pueden ser también variadas, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico, campo magnético. Una onda es una perturbación de alguna propiedad de un medio, la cual se propaga a través del espacio transportando energía.

65 Una onda es un patrón de movimiento que puede transportar energía sin transportar agua con ella

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70 Distancia Desplazamiento

71 El número de veces que oscila por segundo

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73 Por otro lado, …

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75 ¿Qué es una partícula?

76 Posición x Masa m Energía E Momentum p = mv Las partículas son pelotas

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78 Una partícula está localizada en el espacio y tiene propiedades físicas discretas, tales como la masa Una onda está inherentemente extendida sobre una región del espacio de varias longitudes de onda y puede tener amplitudes en un rango continuo de valores Las ondas se superponen y pasan unas a través de las otras, mientras que las partículas colisionan y rebotan alejándose unas de otras

79 Son cosas totalmente diferentes No sólo son diferentes, son contradictorias: Un objeto es onda o es partícula

80 ¿Cuál es la teoría correcta? Aquella que esté de acuerdo con las observaciones experimentales, la que concuerde con los hechos

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84 La reflexión Ambas teorías podían explicarla La refracción Ambas teorías podían explicarla La doble refracción La explicación de la teoría ondulatoria era muy complicada, poco convincente. Muy “ad-hoc”

85 Dados los hechos expuestos, y por la enorme influencia de Newton, la teoría corpuscular fue aceptada y dejo de ser cuestionada durante todo el siglo XVIII.

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87 Pero aún había mucho por descubrir, nuevos fenómenos que nadie imaginaba. Primero …..

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93 La teoría corpuscular de la luz está en contradicción con esta experiencia. La teoría corpuscular de la luz no puede explicar el experimento de la doble rendija de Young

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97 La discusión sobre si la luz son ondas o son partículas revivió. No sólo revivió, sino que agarró una fuerza tremenda.

98 Sin embargo, en los primeros 50 años del siglo XIX y gracias a los trabajos, tanto teóricos como experimentales, de mucha gente (Young, Fresnel, Arago, Airy, Fizeau) se llegó a la conclusión de que la luz es una onda. La discusión sobre si la luz son ondas o son partículas revivió.

99 La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria

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101 La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria La difracción. Sólo la ondulatoria

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103 Pero aún había mucho por descubrir, nuevos fenómenos que nadie imaginaba. Segundo …..

104 Hay cargas eléctricas. Los griegos Hay dos tipos de cargas eléctricas. Franklin las llamó positivas y negativas Las cargas de signo distinto se atraen, las del mismo signo se repelen. La ley de Coulomb (1784) Generación de cargas eléctricas por fricción

105 Los imanes. Los griegos Tiene dos polos Los polos iguales se rechazan, los diferentes de atraen La brujula

106 En 1864, James Clerk Maxwell unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos, en la teoría electromagnética, mediante la formulación de sus famosas Ecuaciones de Maxwell

107 Quedó clarísimo que los fenómenos eléctricos y magnéticos son diferentes manifestaciones de una misma cosa, los fenómenos electromagnéticos

108 ¡Ah! Pues lo increíble es, que estudiando sus ecuaciones, Maxwell se dio cuenta que equivalían a una ecuación de ONDA. Que esa onda electromagnética viajaba a la misma velocidad que la velocidad de la luz ….

109 Y se hizo la luz ….. La luz es una onda electromagnética …

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111 Era tan “oscuro” que Hemholtz, en 1871, le encargo a Heinrich Hertz clarificar sus estudios, pero sobre todo demostrar que las “ondas electromagnéticas” de la teoría de Maxwell se propagaban a la velocidad de la luz

112  Hacía 1888 Hertz había construido aparatos para generar y detectar ondas electromagnéticas (ondas VHF y UHF).  Explicó la reflexión, la refracción, la polarización, la interferencia y la velocidad de las ondas electromagnéticas.

113  Hacía 1888 Hertz había construido aparatos para generar y detectar ondas electromagnéticas (ondas VHF y UHF).  Explicó la reflexión, la refracción, la polarización, la interferencia y la velocidad de las ondas electromagnéticas. ¡Descubrió también el Efecto Fotoeléctrico !

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115 La longitud de la onda (ó la frecuencia) determina el color de la luz La amplitud de la onda es la intensidad de la luz La dirección de oscilación de los campos determina la polarización

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117 La luz visible va de 0.4 a 0.7 micras Por ejemplo, el color verde corresponde a una longitud de onda de 0.4680 micras y una frecuencia de 6.14x10 14 Hertz

118 El radio AM va de 153 KHz a 26.1 MHz. De 1960 metros a 11.5 metros. El radio FM va de 87.5 MHz a 108.0 MHz. De 3.43 metros a 2.78 metros. La Tele va de 7 MHz a 1002 MHz. De 42.8 metros a 0.3 metros.

119 Luz visible Infrarrojo Ultravioleta Rayos X Rayos Gama Microondas Ondas de radio

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126 Todo cuadraba perfectamente: La teoría electromagnética era capaz de explicar las leyes de la óptica: La reflexión, la refracción, la interferencia, la difracción, etc.

127 La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria La difracción. Sólo la ondulatoria La luz es una onda electromagnética

128 En el eter… La luz era una onda electromagnética que se propagaba en el éter, que a su vez llenaba todo el espacio.

129 Todo cuadraba perfectamente:  La teoría electromagnética era capaz de explicar las leyes de la óptica: La reflexión, la refracción, la interferencia, la difracción, etc.  La luz era una onda electromagnética que se propagaba en el eter.

130 “I do not think that the wireless waves I have discovered will have any practical application” Alexander Stepanovich Popov Nikola Tesla Guglielmo Marconi

131  Hacía 1888 Hertz había construido aparatos para generar y detectar ondas electromagnéticas (ondas VHF y UHF).  Explicó la reflexión, la refracción, la polarización, la interferencia y la velocidad de las ondas electromagnéticas.

132 La luz es una onda electromagnética que se propaga en el éter.

133 Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto de partícula Electromagnetismo. - La teoría ondulatoria de la luz. Óptica Termodinámica Teoría cinética de los gases

134 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley La catástrofe ultravioleta de la ley de Rayleigh-Jeans. El problema del cuerpo negro

135 Planck was extremely gifted when it came to music: he took singing lessons and played the piano, organ and cello, and composed songs and operas. However, instead of music he chose to study physics.physics MunichMunich physics professor Philipp von Jolly advised him against going into physics, saying, "in this field, almost everything is already discovered, and all that remains is to fill a few holes." Planck replied that he did not wish to discover new things, only to understand the known fundamentals of the field, and began his studies in 1874 at the University of Munich. Under Jolly's supervision, Planck performed the only experiments of his scientific career, studying the diffusion of hydrogen through heated platinum, but soon transferred to theoretical physics.Philipp von JollyUniversity of Munichdiffusion hydrogenplatinum theoretical physics

136 En Munich, el profesor de Física Philipp von Jolly, le advirtió que no se metiera a Física, diciendo, “en este campo, casi todo ha sido descubierto, y todo lo que falta es llenar algunos agujeros”. Planck respondió que no quería descubrir nuevas cosas, que sólo quería entender los fundamentos ya conocidos del campo, y empezó sus estudios en 1874 en la Universidad de Munich.

137 Realista y materialista. El mundo existe, independientemente del observador: “Ahí está” El mundo es causal. Es más, es determinista (Laplace) El mundo es local Sólo influyen los eventos cercanos

138 Pero aún había mucho por descubrir, nuevos fenómenos que nadie imaginaba. Tercero …..

139 Hasta aquí llegue en la Primera clase el jueves 19 de enero de 2012 de 15:00 a 16:30 en el salón 2218

140 Segunda clase el martes 24 de enero de 2012 de 15:00 a 16:30 en el salón 2218

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142 I. Introducción 1.1 La ecuación de Schrödinger 1.2 Problemas unidimensionales 1.2.1 La partícula libre 1.2.2 Pozos 1.2.3 Barreras y tuneleo II. El formalismo de la Mecánica Cuántica III. Descripción cuántica del átomo. IV. Interacción semiclásica átomo-radiación.

143 REPASO de la Segunda clase el martes 24 de enero de 2012 de 15:00 a 16:30 en el salón 2218

144 Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto de partícula Electromagnetismo (Teoría de Maxwell) –La luz es una onda electromagnética Óptica Termodinámica. Teoría cinética de los gases

145 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley El problema del cuerpo negro Otros (“desconocidos”) –El problema del calor específico de los sólidos –Los espectros de las sustancias –El efecto fotoeléctrico

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147 Todos los cuerpos en el Universo emiten radiación La intensidad y el “color” de la radiación depende de la temperatura a la que esté el cuerpo Los cuerpos más calientes emiten radiación más azul Los cuerpos más fríos emiten radiación más roja

148 La radiación térmica o calor de radiación es radiación electromagnética de un objeto causada por su temperatura. Es la radiación emitida por un objeto en virtud de su temperatura

149 En equilibrio termodinámico, la emisividad de un cuerpo o superficie es igual a su absorbencia

150 Un cuerpo negro es un objeto que absorbe toda la radiación electromagnética que incide sobre él. Ninguna radiación pasa a través de él y ninguna radiación es reflejada. Un cuerpo negro es un absorbedor y un emisor perfecto

151 El emisor y absorbedor perfecto

152  La radiación electromagnética y la cavidad se dejan mucho tiempo hasta que se alcance el equilibrio termodinámico.  Se observa la radiación de la cavidad a través de un pequeño hoyo.  Se mide la energía por unidad de volumen por unidad de frecuencia.

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154 FIN del REPASO de la Segunda clase el martes 24 de enero de 2012 de 15:00 a 16:30 en el salón 2218

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160 El intercambio de energía entre la radiación y las paredes del recipiente se efectúa de manera cuantizada, es decir, la energía no se intercambia de manera continua sino en paquetes, llamados cuantos

161 Lo que Planck encontró: 2,000 K

162 Un punto de vista heurístico respecto a la creación y transformación de la luz 18 de marzo de 1905 Ann Phys. 17 (1905) 132.

163 ¡La radiación misma está cuantizada! La luz son pelotas

164 ¡La radiación misma está cuantizada! La luz son partículas ¿Habrá otro fenómeno dónde esto se manifieste? ¡El efecto fotoeléctrico!

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167 1. Los electrones son emitidos inmediatamente. 2. El aumento de la intensidad de la luz aumenta el número de electrones emitidos, pero no su energía cinética máxima. 3. La luz de baja frecuencia (roja), sin importar su intensidad, no causa eyección de electrones.. 4. La luz de alta frecuencia (ultravioleta), débil eyecta unos cuantos electrones, pero su energía cinética máxima es mayor que los obtenidos usando luz muy intensa de longitudes de onda mayores.

168 La teoría ondulatoria de la luz (ondas electromagnéticas) es incapaz de explicar el efecto fotoeléctrico. ¡La física clásica falla de nuevo!

169 La teoría cuántica de la luz explica perfectamente el efecto fotoeléctrico

170 1. Los electrones son emitidos inmediatamente 2. El aumento de la intensidad de la luz aumenta el número de electrones emitidos, pero no su energía cinética máxima 3. La luz roja, sin importar su intensidad, no causa eyección de electrones 4. La luz ultravioleta débil eyecta unos cuantos electrones, pero su energía cinética máxima es mayor que los obtenidos usando luz muy intensa de longitudes de onda mayores

171 La teoría cuántica de la luz explica perfectamente el efecto foto eléctrico Millikan (detractor de la idea) lo prueba contundentemente entre 1914 y 1916 I was compelled in 1915 to assert its unambiguous verification in spite of its unreasonableness…it seemed to violate everything we knew about the interference of light

172 La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria La difracción. Sólo la ondulatoria La luz es una onda electromagnética El cuerpo negro. Sólo la corpuscular Efecto fotoeléctrico. Sólo la corpuscular

173 Aceptación universal del cuanto (Fotón) de luz

174 La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria La difracción. Sólo la ondulatoria El cuerpo negro. Sólo la corpuscular Efecto fotoeléctrico. Sólo la corpuscular Efecto Compton. Sólo la corpuscular

175 La luz es onda y partícula En unos fenómenos se manifiesta como onda y en otros como partículas. “Ella decide” En la propagación se comporta como onda En la interacción con la materia se comporta como partícula

176 La radiación del cuerpo negro El efecto fotoeléctrico El efecto Compton La teoría cuántica de la luz La cuantización de la energía

177 Sobre el desarrollo de nuestras opiniones respecto a la naturaleza y estructura de la radiación Phys. Zs. 10 (1909) 817 Señala la necesidad de usar los conceptos ondulatorios y corpusculares a la vez, para describir el comportamiento de los sistemas cuánticos.

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179 Cerca del final de su vida Einstein escribió: Cincuentas años completos de cavilaciones profundas no me han acercado más a la respuesta a la pregunta: ¿Qué son los cuantos de luz? Desde luego, hoy cualquier granuja piensa que conoce la respuesta, pero se engaña.

180 “En cierto sentido”. Que locura

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182 Physics is an extraordinarily difficult “job.” To understand the underlying physical origin of many seemingly simple processes is sometimes all but impossible. Yet the satisfaction that one gets in arriving at that understanding can be exhilarating. Paul R. Berman and Vladimir S. Malinovsky in Principles of laser spectroscopy and quantum optics.

183 Matter has always been and will always be one of the main objects of physics. Wolfgang Pauli

184 ¿Existen los átomos? Si existen, ¿cómo son? ¿Son verdaderamente indivisibles? ¿Cómo se manifiestan?

185 Los conocimientos generados por la Química, sugerían la existencia de los átomos. La teoría atómica no era universalmente aceptada La teoría cinética de los gases se basaba en la idea atómica (Boltzmann). Sin embargo, existían objeciones filosóficas profundas (Mach y Ostwald) Los espectros de las sustancias eran un misterio

186 Hasta antes de 1908 no se había aceptado de manera general la teoría atómica a pesar de: Evidencias químicas Leyes de la química. Dalton et al Pesos moleculares y atómicos Tabla periódica de los elementos Evidencias físicas Teoría cinética de los gases y del calor Electrólisis

187 En 1824, el botánico escocés Robert Brown observó con un microscopio granos de polen y esporas, y descubrió que realizaban un movimiento completamente errático sin que, al parecer, nada influyera sobre ellas. A este movimiento se le llamo browniano.

188 http://www.youtube.c om/watch?v=p5F1d YDql08

189  Einstein desarrollo en 1905 la teoría del movimiento browniano.  Einstein, de pasada, inventó la teoría de los procesos estocásticos.  También se le da crédito a Marian Smoluchowski.

190 http://www.youtube.com/watch?v=3EHQf 3HRiDc&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=onl4iN _mEWo&feature=related

191 Con la teoría de Einstein, para el movimiento browniano, Perrin (1908) fue capaz de determinar experimentalmente el número de Avogadro A partir de ese momento la teoría atómica de la materia fue universalmente aceptada

192 ¿Es la cuantización un fenómeno exclusivo de la luz o es un fenómeno universal? La teoría de la radiación de Planck y la teoría de los calores específicos 9 de noviembre de 1906 Ann Phys 22 (1907) 180

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195 T Resultado experimental Resultado clásico

196 ¿Es la cuantización un fenómeno exclusivo de la luz o es un fenómeno universal? Teoría del calor –Contradicción entre la teoría cinética y la experiencia –Cuantización de los osciladores de la materia –Calores específicos de los sólidos

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198 El sólido está formado por osciladores cuya energía está cuantizada ¡Fundación de la teoría cuántica del estado sólido!

199 La radiación del cuerpo negro El efecto fotoeléctrico El efecto Compton La dualidad onda-partícula para la luz

200 La variación de los calores específicos de los sólidos La cuantización de los osciladores armónicos La teoría cuántica del estado sólido

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207 http://jersey.uoregon.edu/vla b/elements/Elements.html

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209 nλ (nm) 2122 3103 497.2 594.9 693.7 91.1 Lyman nλ (nm) 3656 4486 5434 6410 7397 365 Balmer nλ (nm) 41870 51280 61090 71000 8954 820 Paschen nλ (nm) 54050 62630 72170 81940 91820 1460 Brackett

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211 nλ (nm) 2122 3103 497.2 594.9 693.7 91.1 Lyman nλ (nm) 3656 4486 5434 6410 7397 365 Balmer nλ (nm) 41870 51280 61090 71000 8954 820 Paschen nλ (nm) 54050 62630 72170 81940 91820 1460 Brackett

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222 Otra vez una catástrofe. El átomo es inestable. Se colapsa en ≈10 -9 segundos El espectro sería continuo No hay forma de definir un tamaño de átomo, ya que todas las órbitas son igualmente válidas clásicamente

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229 No da la intensidad de las líneas espectrales Solo sirve para el átomo de hidrógeno Era un juego de ingenio, intuición y adivinanza

230 Louis-Victor-Pierre-Raymond, séptimo duque de de Broglie

231 Si las ondas electromagnéticas resultaron ser también partículas, ¿por qué no ha de suceder una cosa similar con la materia? Una partícula está caracterizada por su momento p y por su energía E. La relación con las cantidades que caracterizan una onda (ν y λ) son:

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238 El 7 de junio de 1925…

239 Hay que abandonar de la descripción todas las variables dinámicas irrelevantes. Es necesario crear una teoría en la que sólo aparezcan las cantidades físicas que son observables

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244 Heisenberg, Born y Jordan resolvieron integra y limpiamente el problema del átomo de hidrógeno y algunos otros problemas. Los resultados son perfectamente correctos La teoría se basa únicamente en observables Desaparece la imagen de partícula, de onda. Desaparece la idea de orbitas

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249 Hasta aquí llegue en la segunda clase el martes 24 de enero de 2012 de 15:00 a 16:30 en el salón 2218. Van 3:00 horas

250 Tercera clase el jueves 26 de enero de 2012 de 15:00 a 16:30 en el salón 2218

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252 I. Introducción 1.1 La ecuación de Schrödinger 1.2 Problemas unidimensionales 1.2.1 La partícula libre 1.2.2 Pozos 1.2.3 Barreras y tuneleo II. El formalismo de la Mecánica Cuántica III. Descripción cuántica del átomo. IV. Interacción semiclásica átomo-radiación.

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262 Todas las variables dinámicas (posición, tiempo, velocidad, cantidad de movimiento, energía, energía cinética, energía potencial, momento angular) son reales, es decir; todas las variables dinámicas son continuas.

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325 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/hosc7.html#c1

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331 Se obtiene limpiamente el espectro del átomo de hidrógeno

332 ¿Y la intensidad de la líneas? La teoría de Schrödinger calcula la intensidad de manera correcta utilizando la probabilidad de transición entre los diferentes estados Se calcula también la vida media de los estados excitados

333 La ecuación de Schrodinger funciona hasta para moléculas complejas. Desde luego, los cálculos deben ser numéricos por la gran complejidad del problema

334 La ecuación de Schrödinger “está bien”. Sin embargo, No es relativista No toma en cuenta el espín La ecuación de Dirac La electrodinámica cuántica

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337 Mecánica matricial Heisenberg Born, Jordan, Pauli 1925 Mecánica ondulatoria Schrödinger 1926 Formulación general de la Mecánica Cuántica Dirac creo la formulación general de la MECÁNICA CUÁNTICA

338 La materia es onda y partícula En unos fenómenos se manifiesta como onda y en otros como partículas. “Ella decide”

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340 Funciona “a todo dar”. Con las versiones relativistas, se explica perfectamente la estructura de los átomos. Se calculan las energías de los niveles, las líneas espectrales, sus intensidades, reglas de transición, etc., pero ….

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376 Clásicamente es imposible que la pelota se salga de la caja

377 Cuánticamente la probabilidad de encontrar a la pelota fuera de la caja es diferente de cero

378 Canica Cerrito

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386 Las reacciones nucleares La desintegración radiactiva La conductividad

387 La física del estado sólido Semiconductores Diodo de efecto túnel Transistores Materiales nuevos El microscopio de barrido de efecto túnel

388 La vida media del C 14 es de 5730 años La probabilidad de que un átomo de C 14 decaiga en 5730 años es de ½ ¿Cómo sabe o cómo decide el átomo cuando decaer?

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391 Un átomo particular de C 14 puede decaer en 10 segundos o en diez mil años, como se le de la gana Einstein: “…Él no tira los dados.” The theory yields a lot, but it hardly brings us any closer to the secret of the Old One. In any case I am convinced that He does not throw dice. --Einstein, writing to Max Born, 4 December 1926.

392 La vida media del U 235 es de 704 millones de años La probabilidad de que un átomo de U235 decaiga en 704 millones de años es de ½ ¿Cómo sabe o cómo decide el átomo decaer?

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395 “Esta cosa” (el electrón, que no es onda ni partícula) no puede tener simultaneamente posición x y momento p –Si conocemos con certeza la posición del electrón, su velocidad está totalmente indefinida –Si medimos su velocidad, el electrón está por todo el universo

396 Cambiar esta, no sirve

397 Debido a esto existe el efecto túnel: Durante un cierto tiempo el electrón puede tener mayor energía que la barrera. Durante ese tiempo se viola el principio de conservación de la energía

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406 El papel del observador en los estados cuánticos La paradoja del gato de Schródinger La no localidad del mundo cuántico La paradoja de Einstein, Podolsky y Rosen La “completez o incompletez” de la Mecánica Cuántica La interpretación de Copenhaguen La interpretación estadística

407 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley La catástrofe ultravioleta de la ley de Rayleigh-Jeans. El problema del cuerpo negro

408 Realista y materialista –El mundo existe, independientemente del observador: “Ahí está” El mundo es causal –Es más, es determinista (Laplace) El mundo es local –Sólo influyen los eventos cercanos

409 El observador juega un papel fundamental El mundo no es causal, menos aún determinista El mundo no es local –Todos los fenómenos del Universo están conectados

410 feguibar@inaoep.mx