“No tomen esta platica demasiado en serio . . . Solo relájense y disfrútenla. Voy a decirles como se comporta la naturaleza. Si ustedes solamente aceptan que la naturaleza se comporta así, van a ver que es algo fascinante y encantador. No se la pasen preguntándose “¿Pero cómo puede ser así?" porque entonces se encontrarán...en un callejón sin salida, del que nadie ha podido escapar todavía. Nadie sabe porqué es así.“ Richard Feynman

1. MECÁNICA CUÁNTICA
POR RUBÉN TREVIÑO
SOCIEDAD ASTRONÓMICA DEL PLANETARIO ALFA
O EN OTRAS PALABRAS …
¿QUÉ ESTÁN FUMANDO?

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3. “No tomen esta platica demasiado en serio . . . Solo
relajense y disfrutenla. Voy a decirles como se
comporta la naturaleza. Si ustedes solamente aceptan
que la naturaleza se comporta así, van a ver que es
algo fascinante y encantador. No se la pasen
preguntandose “¿Pero cómo puede ser así?quot; porque
entonces se encontrarán...en un callejón sin salida, del
que nadie ha podido escapar todavia. Nadie sabe
porqué es así.“
Richard Feynman

4. Mecánica Cuántica
Teoría de la física moderna que
estudia la absorción y emisión de
energía por parte de la materia,
así como el movimiento de las
partículas atómicas

5. Energía y Materia
La energía es un
fenómeno continuo y se
da en forma de ondas
(ie.:radiación)
La materia ocupa un
lugar específico en el
espacio y se da en forma
de partículas (ie.:arena)

6. NATURALEZA DE LA LUZ
La Pelea del Siglo

7. Corpuscular
Sombras recortadas
Propagación: En línea recta
Reflexión: Rebote
Refracción: Más rápido
¿Más Rápido?
¿Qué pasa al cruzar dos rayos
de luz?
Isaac Newton

8. Ondulatoria
Los rayos podrían cruzarse
Refracción: Más Lento
Diferentes refracciones por
color (dif. long. de onda)
¿Propagación?
¿Sombras recortadas?
¿Viajan por el vacío?
Christian Huyghens

9. Un Siglo de Peleas
Newton tenia más seguidores, principalmente por su
gran prestigio

10. Thomas Young
Incluso calculó la longitud de
onda de la luz

11. Radiación Electromagnética
Toda radiación
electromagnética
cumple con la siguiente
ecuación
f λ=c
Por lo tanto la luz es
una radiación
electromagnética
James Clerk Maxwell

12. Knock-out: Ondulatoria
Propagación
Reflexión
Refracción
Interferencia
Sombras recortadas
Viajar por el vacío
Velocidad constante

13. Salvado por la Campana
Al aumentar la temperatura, se
aumenta la cantidad de energía
radiada
Al aumentar la temperatura, se
incrementa la intensidad de los
colores azules
¿Qué dice Maxwell?
Maxwell predice la “Catástrofe
Ultravioleta”

14. Max Plank: Padre de la Física
Quántica
Energía de los cuerpos negros: E=hf
Encontró h= 6.63 x 10-34 Js (constante de
Plank)
Implicaciones
La energía total cambia discretamente
(Quantos)
Esta energía se emite en fotones que son
partículas … especuló que dichas
partículas desaparecen rápidamente

15. Efecto Fotoeléctrico: La Luz
como Partícula
Experimento de Phillip Lenard
Explicación de Einstein
(Antes por H Hetz)
usando la física quántica
de Plank
Maxwell no lo explica

16. La Luz como Onda
E=mc2=mcc
E=pc
c=fλ
E=hf
hf=pfλ
h/p=λ
Louis de Broglie

17. Propiedades Duales del Fotón

18. Propiedad Dual del Fotón
Si, partícula …. Pero:
Sin masa
Con frecuencia
Con longitud de onda
¿Una planta con piernas?

19. ALTO !!!

20. Análisis del Espectro de la
Radiación

21. Estructura del Átomo
JJ Thompson descubrió el electrón
E Rutherford descubrió el protón
E Rutherford descubrió que el
núcleo esta formado de protones,
y los electrones forman una nube
James Chadwick descubrió el
Neutrón
Ley de Coulomb en lugar de Ley de
Newton
Ernest Rutherford

22. Estructura del Átomo
Maxwell dice que este modelo
no puede existir:
Una carga eléctrica acelerada
radiará energía, colapsando el
electrón
Dicha radiación se vería como
un espectro continuo

23. Estructura del Átomo
Usando las ideas de Plank, Bohr
asumió:
Un electrón no emite radiación, si
está en una orbita elíptica (para
evitar a Maxwell)
Solo se permiten algunas orbitas
discretas (líneas en el espectro)
Un electrón emite o absorbe
energía, solo cuando cambia de
orbita (introducir el fotón)
Niels Bohr

24. Estructura del Átomo
Definiciones de Bohr
¿Por qué usar a Plank? … porque
da resultados correctos
Números cuánticos principales: 1=K,
2=L, 3=M, …
Por ser elipses: n = número cuántico
principal, l = número cuántico orbital,
m = número cuántico magnético
Había líneas de mas
s = número cuántico de “spin”

25. Los Salvadores de Rutherford

26. Estructura del Átomo
Electrón (n, l, m, s)
Ningún electrón puede tener
los 4 números cuánticos
iguales
Electrones por orbita: 2n2
Esto explica la tabla periódica
de elementos, y la líneas del
espectro de átomos
complejos
Wolfgang Pauli

27. Estado de la Física Cuántica
Plank usó la termodinámica para dar una explicación
matemática de la radiación de cuerpos negros
Bohr uso la teoría de Plank, para dar una explicación
matemática del modelo atómico de Rutherford
Einstein y De Broglie probaron la dualidad de los fotones y
de las partículas atómicas
La comunidad científica sabía que se requería un nuevo
cuerpo de conocimientos, para explicar la naturaleza de la
materia

28. Mecánica Cuántica
Paul Dirac
Erwin Schroedinger Werner Heisenberg

29. Ecuación de Schroedinger
Plank: de onda a partícula
Schroedinger: de partícula a onda
Describe:
Comportamiento de objetos de mecánica
cuántica (i.e.:electrones)
Propiedades ondulatorias de De Broglie
Niveles de enegría de Bohr
De la ecuación se derivan los 3
números cuánticos de Bohr (n, l, m)

31. ¿Qué Representa?
Schroedinger: Onda paralela que
describe la posición del electrón
Schroedinger: Densidad de la
carga eléctrica del electrón
?????
Max Born: Probabilidad de que el
electrón aparezca en un
determinado lugar
!!!!!!!

32. Las Matrices de Heisenberg
Heisenberg odiaba el modelo planetario de Bohr
La única forma de describir la posición de un electrón
era en una matriz
La única forma de describir el momentum de un
electrón era en una matriz
No hay un significado preciso para la posición o la
velocidad de una partícula

33. El Principio de Incertidumbre
Es imposible medir
simultáneamente la
posición y la velocidad de
una partícula con una
precisión infinita
Δp * Δx ≥ h/2π

34. Teoría General de Dirac
Relacionó los trabajos de Schroedinger y Heisenberg
Obedece la Teoría Especial de la Relatividad
Se deriva la variable de “spin” que faltaba
Primer Teoría de Campo Cuántica
La luz podía ser descrita apropiadamente como onda o
como partícula

35. Positrones
La teoría de Dirac predice la existencia
de un electrón con carga positiva o
“Positrón”
Si un positrón choca con un electrón,
se eliminan (anti-electrón)
Carl Anderson descubrió el positrón
Se predice la antimateria

36. La Interpretación de
Copenhague
Complementariedad de la
naturaleza dual de las
partículas
Matrices
Probabilidad
Incertidumbre
Múltiples estados
simultáneos
Antipartículas

37. Probabilidades
Tunelear

38. El Gato de Schroedinger
Múltiples Estados
Simultáneos

39. El Observador Colapsa la
Función de Onda

40. Naturaleza Dual de las
Partículas

41. Dios No Juega a los Dados

42. La Paradoja EPR
Einstein-Podolsky-Rosen

43. ¡Gran Reve!

44. La llegada de los
Experimentalistas
¿Quién ordeno esto? … El
Muón
El Neutrino de Pauli
En 1968 se descubrió que los
Protones y Neutrones
estaban hechos de Quarks
Más choques … El Tau, otros
tipos de Neutrinos, Otros
tipos de Quarks

46. Las Teorías de la Física más
Exactas de la Historia
La Teoría General de la Relatividad gobierna la estructura a gran
escala del universo, y se basa en la fuerza de la gravedad, que es
muy débil, pero actúa a grandes distancias.
La Mecánica Cuántica gobierna la estructura atómica de la materia,
y se basa en las fuerzas electromagnéticas y nucleares, que son muy
fuertes, pero solo actúan a distancias cortas

47. quot;Oh, East is East, and West is
West, and never the twain shall
meet.quot;

48. Tarea Pendiente
Gran Teoría Unificada

49. ¿Posible Solución?
Teoría de las Supercuerdas
En lugar de partículas puntuales,
son cuerdas
Existen en espacios de más
dimensiones que las que
experimentamos
La teoría de cuerdas está
evolucionando a la teoría de
membranas
Hay avances prometedores en la
unión de la Mecánica Cuántica y
la Teoría General de la
Relatividad

50. Universo Determinístico
Después de estudiar el éxito de las
teorías de Isaac Newton, Laplace
aseguró que la naturaleza del
universo era totalmente
determinística
El principio de incertidumbre y la
mecánica cuántica en general,
dicen lo contrario
Pierre-Simon Laplace

51. Mecánica Cuántica y
Astronomía

52. Mecánica Cuántica y Astronomía
Análisis de la Radiación
Índice de Color
Clasificación Espectral
Líneas de Absorción
Temperaturas

53. Lectura Recomendada

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