Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Presentación del tema: "Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica"— Transcripción de la presentación:

1 Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
INAOE

2 Francisco Soto Eguibar
Mecánica Cuántica Francisco Soto Eguibar Grupo de Óptica Cuántica Coordinación de Óptica Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica INAOE

3 Mecánica Cuántica 1. Introducción
2. La ecuación de Schrödinger en una dimensión 3. La ecuación de Schrödinger en tres dimensiones I 4. El momento angular 5. El espín 6. La ecuación de Schrödinger en tres dimensiones II 7. El formalismo matemático de la mecánica cuántica 8. Los principios básicos de la mecánica cuántica 9. La dinámica cuántica y las representaciones 10. La teoría de perturbaciones 11. La ecuación de Schrödinger en tres dimensiones III 12. Las transiciones radiativas

4 La mayor aventura del pensamiento de la historia de la humanidad
La Mecánica Cuántica La mayor aventura del pensamiento de la historia de la humanidad

5 La física a finales del siglo XIX
Mecánica Electromagnetismo Termodinámica

6 El concepto del mundo al final del siglo XIX
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 Laplace went in state to beg Napoleon to accept a copy of his work, and the following account of the interview is well authenticated, and so characteristic of all the parties concerned that I quote it in full. Someone had told Napoleon that the book contained no mention of the name of God; Napoleon, who was fond of putting embarrassing questions, received it with the remark, "M. Laplace, they tell me you have written this large book on the system of the universe, and have never even mentioned its Creator." Laplace, who, though the most supple of politicians, was as stiff as a martyr on every point of his philosophy, drew himself up and answered bluntly, "Je n'avais pas besoin de cette hypothèse-là (I did not need to make such an assumption)." Napoleon, greatly amused, told this reply to Lagrange, who exclaimed, "Ah! c'est une belle hypothèse; ça explique beaucoup de choses (Ah! that is a beautiful assumption; it explains many things)." Sacado del artículo sobre Laplace en la Wikipideia

7 La física a finales del siglo XIX
Mecánica Electromagnetismo Termodinámica

8 La luz es una onda electromagnética
¿Qué es la luz? La luz es una onda electromagnética

9 ¿Cuál es el medio que vibra? ¿En qué medio se propaga la luz?

10 ¿Cuál es el medio que vibra? ¿En qué medio se propaga la luz?
En el éter… La luz era una onda electromagnética que se propagaba en el éter, que a su vez llenaba todo el espacio.

11 La luz es una onda electromagnética que se propaga en el éter.
¿Qué es la luz? La luz es una onda electromagnética que se propaga en el éter.

12 La óptica es una parte de la electrodinámica
¿Qué es la luz? La luz es una onda electromagnética que se propaga en el éter. La óptica es una parte de la electrodinámica

13 La física a finales del siglo XIX
Mecánica Electromagnetismo Termodinámica

14 La física a finales del siglo XIX
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.

15 La física a finales del siglo XIX
The Munich physics professor Philipp von Jolly advised Planck 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, but only to understand the known fundamentals of the field, and so began his studies in 1874 at the University of Munich. Wikipedia

16 La física a finales del siglo XIX
Cita de Albert Abraham Michelson: The more important fundamental laws and facts of physical science have all been discovered, and these are so firmly established that the possibility of their ever being supplanted in consequence of new discoveries is exceedingly remote. ....the future truths of physical science are to be looked for in the sixth place of decimals. "...Many instances might be cited, but these will suffice to justify the statement that "our future discoveries must be looked for in the sixth place of decimals." Light Waves and Their Uses. By Albert A. Michelson. Published by The University of Chicago Press, 1903, pp

17 La física a finales del siglo XIX
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 Dos nubes aun hacen sombra en la reputación de Lord Kelvin. Peter A. Schulz Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 4, p , (2007)

18 La física a finales del siglo XIX
There are more things in Heaven and Earth, Horatio, than are dreamt of in your philosophy ― William Shakespeare, Hamlet

19 El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley

20 ¿Podemos detectar el movimiento de la tierra respecto al ETER?
La tierra se mueve alrededor del sol a la inmensa velocidad de 30 km/s, es decir, 100,000 km/h

21 ¿Podemos detectar el movimiento de la tierra respecto al ETER?
El río fluye hacía arriba

22 ¿Podemos detectar el movimiento de la tierra respecto al ETER?
El río fluye hacía arriba

23 El experimento de Michelson y Morley

24 El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley

25 El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley

26 La física a finales del siglo XIX
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

27 La radiación del cuerpo negro

28 La radiación del cuerpo negro
The Bumpy Road. Max Planck from Radiation Theory to the Quantum (1896–1906) Massimiliano Badino Black-body theory and the quantum discontinuity Thomas S. Kuhn The meaning of quantum theory Jim Baggott Quantum: Einstein, Bohr, and the Great Debate About the Nature of Reality. Manjit Kumar. Le grand roman de la physique quantique

29 Absorción y emisión de radiación

30 La radiación del cuerpo negro
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

31 Radiación térmica o calor de radiación
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

32 La ley de Kirchhoff de la radiación térmica
En equilibrio termodinámico, la emisividad de un cuerpo o superficie es igual a su absorbencia

33 El cuerpo negro 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

34 La radiación del cuerpo negro
El emisor y absorbedor perfecto

35 La radiación del cuerpo negro
La radiación electromagnética y la cavidad se dejan mucho tiempo hasta que se alcance el equilibrio termodinámico

36 La radiación del cuerpo negro
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.

37 El cuerpo negro. Propiedades termodinámicas
Kirchhoff mostró, con puros argumentos termodinámicos (con la segunda ley), que la radiación dentro de una cavidad: Es isotrópica; es decir, el flujo de radiación es independiente de la dirección. Es homogénea; es decir, es la misma en todos los puntos. Es la misma en todas las cavidades que tienen la misma temperatura; es decir, es independiente del recipiente (material y forma).

38 La radiación del cuerpo negro
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.

39 La radiación del cuerpo negro
Experimentalmente se encontró: La energía está en electrón volts por metro cúbico por Hertz. Las curvas están hechas con Maple. El archivo está en: Documentos/Teoria de radiacion/2009/La ley de radiacion de Planck ?.mws 2,000 K

40 La radiación del cuerpo negro

41 La radiación del cuerpo negro
La física clásica Resultado experimental La energía está en electrón volts por metro cúbico por Hertz 2,000 K

42 La radiación del cuerpo negro
¡¡¡La teoría ondulatoria de la luz (ondas electromagnéticas) es incapaz de explicar el espectro del cuerpo negro!!!

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46 Max Planck. 1900

47 Y se inicia la revolución cuántica…..

48 La hipótesis cuántica. Planck 1900
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

49 La hipótesis cuántica. Planck 1900
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

50 La radiación del cuerpo negro
La energía está en electrón volts por metro cúbico por Hertz 2,000 K

51 La hipótesis cuántica. Planck 1900
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

52 Max Planck. 1900 Max Planck The reluctant revolutionary
Y los libros que señalé para el tema