Mecánica cuántica

La mecánica cuántica es la rama de la física que estudia la naturaleza a escalas espaciales pequeñas, los sistemas atómicos, subatómicos, sus interacciones con la radiación electromagnética y otras fuerzas, en términos de cantidades observables.Las partículas con esta propiedad pueden pertenecer a dos tipos distintos: fermiones o bosones.Por otro lado, se encontró que las partículas exponen algunas propiedades ondulatorias cuando están en movimiento y ya no son vistas como localizadas en una región determinada, sino más bien extendidas en cierta medida.La luz u otra radiación emitida o absorbida por un átomo solo tiene ciertas frecuencias (o longitudes de onda), como puede verse en la línea del espectro asociado al elemento químico representado por tal átomo.La primera propuesta de un principio propiamente cuántico se debe a Max Planck en 1900, para resolver el problema de la radiación de cuerpo negro, que fue duramente cuestionado, hasta que Albert Einstein lo convierte en el principio que exitosamente pueda explicar el efecto fotoeléctrico.Esto supuso una revolución filosófica y dio pie a numerosas discusiones entre los más grandes físicos de la época.La mecánica cuántica propiamente dicha no incorpora a la relatividad en su formulación matemática.También su impacto en teoría de la información, criptografía y química ha sido decisivo entre esta misma.Además al advenimiento de la mecánica cuántica existían diversos problemas no resueltos en la electrodinámica clásica.Usando las ecuaciones de la electrodinámica clásica, la energía que emitía esta radiación térmica tendía al infinito, si se suman todas las frecuencias que emitía el objeto, con ilógico resultado para los físicos.Es en el seno de la mecánica estadística donde surgen por primera vez las ideas cuánticas en 1900.El siguiente paso importante se dio hacia 1925, cuando Louis De Broglie propuso que cada partícula material tiene una longitud de onda asociada, inversamente proporcional a su masa, y a su velocidad.La mecánica cuántica introduce una serie de hechos contraintuitivos que no aparecían en los paradigmas físicos anteriores; con ella se descubre que el mundo atómico no se comporta como esperaríamos.Los conceptos de incertidumbre o cuantización son introducidos por primera vez aquí.La evidencia empírica era que esto no sucedía, y sería la mecánica cuántica la que resolvería este hecho primero mediante postulados ad hoc formulados por Bohr y más tarde mediante modelos como el modelo atómico de Schrödinger basados en supuestos más generales.En ese caso el problema del átomo de hidrógeno parece admitir una solución simple en la que el electrón se moviera en órbitas elípticas alrededor del núcleo atómico.Sin embargo, existe un problema con la solución clásica, de acuerdo con las predicciones del electromagnetismo una partícula eléctrica que sigue un movimiento acelerado, como sucedería al describir una elipse debería emitir radiación electromagnética, y por tanto perder energía cinética, la cantidad de energía radiada sería de hecho:La teoría cuántica fue desarrollada en su forma básica a lo largo de la primera mitad del siglo XX.La región de origen de la mecánica cuántica puede localizarse en la Europa central, en Alemania y Austria, y en el contexto histórico del primer tercio del siglo XX.La mecánica cuántica no asigna valores definidos a los observables, sino que hace predicciones sobre sus distribuciones de probabilidad.Muchos sistemas que eran tratados dinámicamente en mecánica clásica son descritos mediante tales funciones de onda estáticas.Durante una medida, el eigen-estado al cual colapsa la función es probabilista y en este aspecto la mecánica cuántica es no determinista.La evolución temporal de un estado cuántico queda descrita por la ecuación de Schrödinger, en la que el hamiltoniano, el operador correspondiente a la energía total del sistema, tiene un papel central.Cada magnitud observable queda representada por un operador lineal hermítico definido sobre un dominio denso del espacio de estados.La medida de un observable representado por un operador con espectro discreto solo puede tomar un conjunto numerable de posibles valores, mientras que los operadores con espectro continuo presentan medidas posibles en intervalos reales completos.[5]​ Esta desigualdad se generaliza a pares arbitrarios de operadores autoadjuntos[3]​ En muchos aspectos, la tecnología moderna opera a una escala en la que los efectos cuánticos son significativos.Sin embargo, ambas se resisten a ser incorporadas dentro de un mismo modelo coherente.El mismo Einstein había considerado absurda la violación del principio de localidad a la que parecía abocar la mecánica cuántica.Si bien en su tiempo, parecía que la paradoja EPR suponía una dificultad empírica para la mecánica cuántica, y Einstein consideró que la mecánica cuántica en la interpretación de Copenhague podría ser descartada por experimento, décadas más tarde los experimentos de Alain Aspect (1981) revelaron que efectivamente la evidencia experimental parece apuntar en contra del principio de localidad.