Historia de la Mecánica Cuántica 16/11/2009 v2 1 de 38

Johann Jakob Balmer Lausanne (Suiza),1825- Basilea (Suiza),1898. Físico y matemático. Su aporte a la física actual es conocido como la “serie de Balmer”. 16/11/2009 v2 2 de 38

Johann Jakob Balmer En 1885, estableció una ley empírica que permite calcular la distribución de las líneas espectrales del hidrógeno designadas respectivamente por Hα, Hβ, Hγ y Hδ, y que forman la serie de Balmer 16/11/2009 v2 3 de 38

Halmstad (Suecia), 1854-Lund (Suecia),1919. Johannes Rydberg Halmstad (Suecia), 1854-Lund (Suecia),1919. Estableció una relación entre las líneas espectrales de los distintos elementos e introdujo la constante que lleva su nombre. 16/11/2009 v2 4 de 38

Johannes Rydberg En 1889, Rydberg modifica la fórmula de Balmer, generalizándola y abriendo el camino para el establecimiento de un modelo atómico matemático. Simulador de espectros atómicos 16/11/2009 v2 5 de 38

Kiel (Alemania), 1858-Gotinga (Alemania),1947. Max Planck Kiel (Alemania), 1858-Gotinga (Alemania),1947. Premio Nobel de Física en 1918 por el descubrimiento de la ley de emisión de energía por los cuerpos 16/11/2009 v2 6 de 38

Max Planck En 1900 obtuvo una expresión que permitía calcular la distribución de energías emitidas por un cuerpo en función de su temperatura (espectro del cuerpo negro), que supone la emisión de pequeños “paquetes” de energía denominados cuantos. 16/11/2009 v2 7 de 38

Ulm (Alemania), 1879-Princeton, California, (USA),1955. Albert Einstein Ulm (Alemania), 1879-Princeton, California, (USA),1955. Premio Nobel de Física en 1921 por sus investigaciones sobre el efecto fotoeléctrico. 16/11/2009 v2 8 de 38

Albert Einstein En 1905 publicó un artículo en el que explica los fenómenos de fotoemisión de electrones haciendo uso de las ideas de Planck, convirtiéndose así, involuntariamente y a su pesar, en co-fundador de la Mecánica Cuántica, al aplicar la cuantización en un nuevo fenómeno distinto al cuerpo negro por vez primera. h=W0+Ec 16/11/2009 v2 9 de 38

Copenhague (Dinamarca), 1885- Copenhague (Dinamarca), 1962. Niels Bohr Copenhague (Dinamarca), 1885- Copenhague (Dinamarca), 1962. Premio Nobel de Física en 1922 por sus trabajos en la estructura atómica y la emisión de radiación por los átomos. 16/11/2009 v2 10 de 38

Niels Bohr En 1913 postuló un modelo del átomo que explicaba los espectros atómicos del hidrógeno y predecía el valor de la constante de Rydberg con extraordinaria precisión. El modelo lleva implícita la idea de la cuantización de la energía a través del establecimiento de una condición a los posibles valores del momento angular del electrón, lo que deviene en la existencia de valores discretos de la energía así como de órbitas permitidas. En su modelo aparece por vez primera el número cuántico principal n. 16/11/2009 v2 11 de 38

Postulados del modelo atómico de Bohr Niels Bohr Postulados del modelo atómico de Bohr 1. Cualquiera que sea la órbita descrita por un electrón, éste no emite energía radiante. 2. Únicamente son posibles aquéllas órbitas para las cuales el momento angular del electrón es un múltiplo entero de h/2. 3. La energía liberada al caer el electrón de una órbita superior a otra más cercana al núcleo, se emite en forma de una onda electromagnética elemental, un fotón. 16/11/2009 v2 12 de 38

Consecuencias del modelo atómico de Bohr Niels Bohr Consecuencias del modelo atómico de Bohr r=a0·n2 E=-13.6/n2 (en eV) 16/11/2009 v2 13 de 38

Físico y matemático alemán. Arnold Sommerfeld Königsberg, 1868 – Munich, 1951. Físico y matemático alemán. 16/11/2009 v2 14 de 38

Arnold Sommerfeld En 1919 extendió la teoría de Bohr, introduciendo órbitas elípticas y un nuevo número cuántico. Los resultados no fueron los esperados y rápidamente se vieron superados por modelo de Schrödinger. Posteriormente introdujo correcciones de orden relativista que resultaron en la definición de la constante de la estructura fina, que mide la fortaleza de la interacción electromagnética. α = μ0e²c / (2h) = 7.297 352 533 × 10-3=1/137 16/11/2009 v2 15 de 38

Wooster, Ohio (USA), 1892- Berkeley, California (USA), 1962. Arthur Compton Wooster, Ohio (USA), 1892- Berkeley, California (USA), 1962. Nobel de Física 1927 por el descubrimiento del efecto que lleva su nombre. 16/11/2009 v2 16 de 38

Arthur Compton El efecto Compton es la dispersión de fotones por electrones, y puede modelizarse como una colisión elástica entre el fotón y el electrón, con el consiguiente cambio posterior de la longitud de onda del fotón. 16/11/2009 v2 17 de 38

Dieppe (Francia),1892- Paris (Francia),1987. Louis de Broglie Dieppe (Francia),1892- Paris (Francia),1987. Físico teórico. Premio Nobel de Física en 1929 “por su descubrimiento de la naturaleza ondulatoria del electrón”. 16/11/2009 v2 18 de 38

Louis de Broglie En su tesis doctoral de 1924, propone la dualidad partícula–onda, basándose en el trabajo de Einstein y de Planck. Esta afirmación, fue confirmada experimentalmente en 1927 por Davisson, Kunsman y Germer en los EE.UU. y por Thomson en Escocia. 16/11/2009 v2 19 de 38

Viena (Austria),1900- Zurich (Suiza),1958. Wolfgang Pauli Viena (Austria),1900- Zurich (Suiza),1958. Físico teórico. Premio Nobel de Física 1945 “por el descubrimiento del principio de exclusión”. 16/11/2009 v2 20 de 38

Wolfgang Pauli En 1924 introduce el concepto de spin y el principio de exclusión, que limita el número de electrones que pueden compartir un mismo estado cuántico. 16/11/2009 v2 21 de 38

Calcuta (India),1894- Calcuta (India), 1974. Satyendra Nath Bose Calcuta (India),1894- Calcuta (India), 1974. Físico hindú que reformuló las teorías de Planck y profundizó en el conocimiento de los fotones. 16/11/2009 v2 22 de 38

Satyendra Nath Bose En 1924, Bose deduce la ecuación de Planck del cuerpo negro, partiendo enteramente de presupuestos cuánticos. Junto a Einstein, formula la estadística que lleva el nombre de ambos, aplicable a las partículas de spin entero (como los fotones), y que predice la existencia de un nuevo estado de la materia (el condensado de Einstein-Bose), observado por primera vez en 2001. Los condensados de Einstein-Bose son superfluidos gaseosos enfriados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. En este estado, todos los átomos del condensado tienen el mismo estado mecanocuántico y pueden fluir sin fricción. 16/11/2009 v2 23 de 38

Satyendra Nath Bose 16/11/2009 v2 24 de 38

Erwin Schrödinger Viena (Austria), 1887- Viena (Austria), 1961. Nobel de Física 1933 “por su nueva teoría atómica”. 16/11/2009 v2 25 de 38

Erwin Schrödinger En 1925 publica la ecuación que lleva su nombre, basada en una concepción ondulatoria del electrón. 16/11/2009 v2 26 de 38

Niels Bohr En 1925, Bohr enuncia el principio de correspondencia, que establece las condiciones bajo las cuales, la mecánica cuántica debe dar los mismos resultados que la clásica. 16/11/2009 v2 27 de 38

Werner Karl Heisenberg Wurzburgo (Alemania), 1901-Munich (Alemania),1976. Nobel de Física 1932 “por la creación de la mecánica cuántica”. 16/11/2009 v2 28 de 38

Breslau (Alemania), 1882-Gottingen (Alemania), 1970 Max Born Breslau (Alemania), 1882-Gottingen (Alemania), 1970 Nobel de Física 1954 “por sus aportaciones a la mecánica cuántica, especialmente su interpretación de la función de onda” 16/11/2009 v2 29 de 38

Hannover (Alemania), 1902-Hamburgo (Alemania), 1980. Pascual Jordan Hannover (Alemania), 1902-Hamburgo (Alemania), 1980. Colaboró con Born y Heisenberg en el establecimiento de las bases de la mecánica cuántica. 16/11/2009 v2 30 de 38

Heisenberg, Born y Jordan Born, Jordan y Heisenberg publicaron en 1926 una versión diferente de la mecánica cuántica basada en el álgebra de matrices que luego se demostraría equivalente a la versión de Schrödinger. Ese mismo año, Pauli aplica la mecánica matricial al átomo de hidrógeno, y un año después publica su propia versión. Poco después, Born asignó una interpretación probabilística a ψ*ψ, inventando así el concepto de orbital. 16/11/2009 v2 31 de 38

Werner Karl Heisenberg La consecuencia más llamativa de la mecánica matricial la publica Heisenberg un año después: el principio de incertidumbre. x·ph/4 Consecuencias del principio de incertidumbre: Limitación a la mente humana. El universo es más complejo de lo que se suponía pero no irracional. Puesta en cuestión del principio de causalidad. 16/11/2009 v2 32 de 38

Roma (Italia), 1901-Ghicago (USA), 1954 Enrico Fermi Roma (Italia), 1901-Ghicago (USA), 1954 Nobel de Física 1938 “por la investigación de la radiactividad artificial” 16/11/2009 v2 33 de 38

Enrico Fermi Junto a Dirac, desarrolla la estadística de Fermi-Dirac en 1926, aplicable a las partículas de spin semientero (fermiones), y que explica su comportamiento, diferente al de los bosones. Un año después, Sommerfeld aplicaría con éxito esta estadística a los electrones de los metales. 16/11/2009 v2 34 de 38

Paul Adrien Maurice Dirac Bristol, (UK), 1902- Florida, (USA), 1984. Nobel de Física 1933 “por su nueva teoría atómica”. 16/11/2009 v2 35 de 38

Paul Adrien Maurice Dirac Junto a Fermi describió el comportamiento de los fermiones en 1926. Luego, en 1928, modificó la ecuación de Schrödinger para incorporar aspectos relativistas, deduciendo de su ecuación la existencia del spin del electrón sin introducirlo a posteriori y prediciendo la existencia de partículas idénticas al electrón, pero de carga positiva: los positrones, el primer tipo de antimateria. 16/11/2009 v2 36 de 38

Algunas citas… “No me gusta, y siento haber tenido alguna vez que ver con ello”, Schrödinger “Nada es real”, de Strawberry Fields Forever, The Beatles. “Todo aquel que no queda fuertemente impresionado por la teoría cuántica es porque no la ha entendido”, Bohr. “Toda ciencia es, bien física o bien filatelia”, Rutherford. 16/11/2009 v2 37 de 38

Desconcertante y fascinante a la vez, ¿verdad? El Universo Cuántico La Mecánica Cuántica nos enseña que no hay más realidad que nuestras observaciones, y por lo tanto, desde ese punto de vista, el Universo lo creamos nosotros al observarlo. No es descabellado argumentar que sólo existe este Universo porque hay seres inteligentes (o no tanto) que lo observan. Desconcertante y fascinante a la vez, ¿verdad? 16/11/2009 v2 38 de 38