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cien anos de M.C..pdf - Cosmofisica

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CIEN AÑOS DE MECANICA CUANTICAP. KittlDepartamento <strong>de</strong> MecánicaUniversidad <strong>de</strong> ChileCasilla 2777 - Correo 21SantiagoCHILEResumen.Se <strong>de</strong>scribe el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la Mecánica Cuántica <strong>de</strong>s<strong>de</strong> su comienzo en1900 hasta nuestros días. Se mencionan los principales creadores, comentando brevementesus contribuciones, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> Planck y Einstein hasta la actualidad. Se da cierta amplitud a ladiscusión <strong>de</strong> los experimentos cruciales como el <strong>de</strong> interferencia y el E.P.R. (Einstein,Podolsky y Rosen). También la interpretaciones <strong>de</strong> Copenhage <strong>de</strong> Bohr, <strong>de</strong> los universosmúltiples <strong>de</strong> Everett, la transacional <strong>de</strong> Cramer y la suma <strong>de</strong> todas las historias <strong>de</strong>Feynman. Se establece con bastante certeza que un sistema cuántico local, no solo conocetodo lo que ocurre en el universo, sino todo lo que ha ocurrido y que ocurrirá.El estado <strong>de</strong> la Física a fines <strong>de</strong>l siglo 19 se suponía que era estable. Ununiverso infinito, que existía <strong>de</strong>s<strong>de</strong> un tiempo infinito y prolongándose in<strong>de</strong>finidamente enel tiempo; con un espacio absoluto, y un tiempo cósmico, es regido por la mecánicaNewtoniana, con sus principios <strong>de</strong> conservación <strong>de</strong> la energía, el impulso, el momento <strong>de</strong> lacantidad <strong>de</strong> movimiento; con conservación <strong>de</strong> la masa, que en última instancia se reducía apartículas materiales - átomos con trayectorias continuas en función <strong>de</strong>l tiempo; existencia<strong>de</strong> reglas rígidas don<strong>de</strong> una señal se podrá trasmitir en forma instantánea; y finalmente todoesto conservándose invariante para una transformación <strong>de</strong> Galileo, a<strong>de</strong>más estaba el campogravitatorio que llenaba todo el espacio. En otro or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> cosas existían las cargaseléctricas, con su campo electromagnético y el principio <strong>de</strong> conservación <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong>electricidad. Este campo electromagnético podría existir sin tener asiento en la materia,propagándose como una onda que, con sus fenómenos <strong>de</strong> interferencia y difracciónexplicaba el comportamiento <strong>de</strong> la luz que era una onda electromagnética. Una propiedadimportante que no <strong>de</strong>be olvidarse es que un haz luminoso pue<strong>de</strong> dividirse y recomponersecon un vidrio semiazogado. El electromagnetismo era invariante para un tipo <strong>de</strong>transformación que <strong>de</strong>scubrió Voigt y que luego se llamo <strong>de</strong> Lorentz. Finalmente latermodinámica con sus dos principios y su vinculación, a través <strong>de</strong> la estadística <strong>de</strong>Maxwell-Boltzman, con la mecánica.Este era el mundo <strong>de</strong> la física que llamamos clásica y que existía a fines <strong>de</strong>lsiglo 19. Muchos creían que ya este edificio estaba terminado y que solo faltaban <strong>de</strong>talles.Sin embargo había algunas señales que indicaban que <strong>de</strong>bían hacerse algunasmodificaciones fuertes. En una dirección, los fenómenos <strong>de</strong> la radiación <strong>de</strong>l cuerpo negro,la llamada catástrofe <strong>de</strong>l ultravioleta, el espectro <strong>de</strong> los átomos <strong>de</strong> materia que emitíanradiación y el efecto fotoeléctrico. En otra dirección la incompatibilidad <strong>de</strong>lelectromagnetismo y la mecánica, el uno invariante para la transformación <strong>de</strong> Lorentz y


los resultados experimentales con exactitud. En esta fórmula figuraban dos constantes, hy k, que luego se llamaría constante <strong>de</strong> Boltzman. En base a las medidas experimentalespudo Planck <strong>de</strong>terminar h y k. Como k es el producto <strong>de</strong> la constante <strong>de</strong> los gases i<strong>de</strong>alespor el número <strong>de</strong> Avogadro, pudo <strong>de</strong>terminar este número con muy buena coinci<strong>de</strong>ncia conel obtenido por otros métodos, como ser la difusión gaseosa. Esta coinci<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> un valor<strong>de</strong>terminado por métodos in<strong>de</strong>pendientes le mostró que la teoría estaba muy cerca <strong>de</strong> larealidad. También pudo <strong>de</strong>terminar, contando con la constante <strong>de</strong> Faraday, la carga <strong>de</strong>lelectrón. Posteriormente para poner <strong>de</strong> acuerdo la naturaleza <strong>de</strong> una onda electromagnética,la radiación, con la estructura <strong>de</strong> energías discontinúas, elaboro una teoría <strong>de</strong> absorcióncontinua <strong>de</strong> los resonadores y emisión discontinúa. Esta teoría no fructificó. Con el objeto<strong>de</strong> hacer coexistir ondas y discontinuida<strong>de</strong>s elaboro, junto con Poincaré, el espaciodiscontinuo <strong>de</strong> fases. Para N partículas tiene 3N velocida<strong>de</strong>s y 3N posiciones, en ese3 Nespacio el elemento <strong>de</strong> volumen ∆ T = d q L d q dp L dp = h , con q posiciones y p1cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> movimientos y h la constante <strong>de</strong> Planck. Este espacio discontinuo <strong>de</strong> lasfases es el que se usa para las estadísticas cuánticas, Bose-Einstein y Fermi-Dirac.Finalmente <strong>de</strong>scubrió las unida<strong>de</strong>s, llamadas <strong>de</strong> Planck, en las cuales la velocidad <strong>de</strong> la luzc, h, k y f (la constante gravitatoria) tienen el valor 1. Estas unida<strong>de</strong>s correspon<strong>de</strong>n a lasdimensiones don<strong>de</strong> las fuerzas básicas, electromagnetismo, gravitación y cuántica estánunificadas, o tienen el mismo valor. Sean t o , m o y l o y θ o las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Planck para elm 2tiempo, la masa la longitud y la temperatura, se tiene E o = hv o = =of k o moc ,l o = θ = conlo cual se tiene :para:⎧ lo= c⎪⎪ mo= c⎨⎪ to= c⎪⎩ θo= c−3/21/ 2−5/23/ 2fff−1/2f1/ 21/ 2−1/2hhh1/ 2k1/ 21/ 2−13N≈1≈ 4 x105. 4−33x10≈ 1.33 x10≈ 3.60 x10cm−5−43333NgS° C⎧10 −1−1c = 3 x 10 cm s = 1, loto⎪−272 −12 −1⎪ ho= 6.62 x 10 cm g s = 1. lomoto⎨−83 −1−23 −1−⎪ f = 6.67 x 10 cm g s = 1. lomoto⎪−162 −22⎩ k = 1.38 x 10 cm g s ° C = 1. l o moto2−2ht ovo21905 Albert Einstein (1879-1955).El efecto fotoeléctrico fue <strong>de</strong>scubierto por Thomson y Lenard y consistíafundamentalmente en que iluminando un sólido este <strong>de</strong>sprendía electrones. Obviamentepara efectuar mediciones con un sólido especial, como el Na o K, en alto vacio, luzmonocromática y un método para medir la energía <strong>de</strong> los electrones emitidos. Esta energíano <strong>de</strong>pendía <strong>de</strong> la intensidad <strong>de</strong> la luz con que se iluminaba sino <strong>de</strong> su frecuencia. Seencontró que obe<strong>de</strong>cía a una ley <strong>de</strong>l tipo E = hv - A, don<strong>de</strong> A es una constante <strong>de</strong>l metaliluminado. Este fenómeno sólo pue<strong>de</strong> interpretarse como una interacción entre partículas


que forma la luz, con energía hv, que al chocar con los electrones <strong>de</strong>l metal iluminado,interacciona con ellos y les entregan esta energía. La constante A es la energía necesariapara <strong>de</strong>splazar el electrón <strong>de</strong>l metal. El número <strong>de</strong> electrones <strong>de</strong> energía E <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> laintensidad <strong>de</strong> la luz. Esta interpretación, trasmitió directamente a la radiación lacuantificación que Planck había dado a los osciladores que emitían y absorbían energía encuantos. Se creo así el concepto <strong>de</strong> fotón, partícula luminosa que compone la luz <strong>de</strong>energía hv. La interacción <strong>de</strong> la luz como onda absorbida en forma continua por todos loselectrones no permite interpretar el fenómeno fotoeléctrico. Pero, una vez más, aparece ladualidad, la luz hasta que inci<strong>de</strong> en el metal se comporta como una onda, interaccionandocon él como partícula.1907. Albert Einstein.El calor específico <strong>de</strong> los sólidos, a bajas temperaturas no obe<strong>de</strong>cía ala estadística clásica, según ella un oscilador en tres dimensiones tenía una energía mediakT kT<strong>de</strong> 3 kT por grado <strong>de</strong> libertad para la posición y para la velocidad. Luego un22sólido tenía como energía media 3 NkT y como calor específico∂ Uc v = 3 N k = 3 R∂ T= . Sinembargo a bajas temperaturas el calor específico disminuye llegando anularse. Einsteincuantificó los osciladores tridimensionales <strong>de</strong> los sólidos usando la fórmula <strong>de</strong> Planck ypudo <strong>de</strong>mostrar este comportamiento. Esto que fue <strong>de</strong>nominado tercer principio <strong>de</strong> latermodinámica por Nernst, es ahora un teorema. Esta teoría fue mejorando por Debye,Karman y Born.1913 Niels Hendrik David Bohr (1885-1962).El gran problema <strong>de</strong> la emisión <strong>de</strong> radiación por un elemento atómico es quesegún la teoría clásica, suponiendo un electrón girando alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> un núcleo, este pier<strong>de</strong>energía en forma continua hasta caer en el núcleo y anularse las cargas eléctricas. Esto noocurre y las líneas espectrales producidas al dispersar la luz emitida por un elementoincan<strong>de</strong>scente, son estable y discontinuas. Bohr explico este fenómeno con un mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong>átomo que contaba <strong>de</strong> dos partes, uno correspondiente a la mecánica clásica. Un electrón<strong>de</strong> carga -e y masa girando alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong>l núcleo con una frecuencia v, a una distancia r yatraído por el núcleo por una carga positiva +e. La otra obtenida <strong>de</strong> la experiencia ycombinada con la energía cuantizada <strong>de</strong> Planck. Estas dos expresiones tienen que estar <strong>de</strong>acuerdo para frecuencias muy bajas, lo cual permite calcular una constante espectroscópica,la llamada <strong>de</strong> Rydberg, R o = 2 π 2 m e 4 /h 3 , con mucha exactitud. La i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> la coinci<strong>de</strong>nciaentre la mecánica clásica y la cuántica para frecuencias bajas o velocida<strong>de</strong>s pequeñas sellamara <strong>de</strong>spués principio <strong>de</strong> correspon<strong>de</strong>ncia.1914. Theodore Lyman (1874-1954).


Lyman <strong>de</strong>scubre la serie <strong>de</strong> líneas espectrales que lleva su nombre en elultravioleta <strong>de</strong>l espectro <strong>de</strong>l hidrógeno. Estas líneas estaban <strong>de</strong>scritas por el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong>Bohr.1915. Robert Andrew Millikan.Determina h con gran exactitud a partir <strong>de</strong>l efecto fotoeléctrico. Así quejunto con el método espectroscópico <strong>de</strong>rivado <strong>de</strong>l valor <strong>de</strong> la constante <strong>de</strong>l Rydberg y elque proviene <strong>de</strong> la radiación <strong>de</strong>l cuerpo negro, son tres los métodos in<strong>de</strong>pendientes que danel mismo valor <strong>de</strong> h.1916. Arnold Johannes Wilhem Sommerfeld (1868-1951).Ya se dijo que Plack y Poincaré establecieron como condición cuántica que elvolumen encerrado en el espacio <strong>de</strong> las fases en un sistema <strong>de</strong> energía constante E, que<strong>de</strong>termina una ipersuperficie E(q 1 q 2 ,.... q 3N , p 1 , p 2 , ....., p 3N ) es un múltiplo entero <strong>de</strong> h3N .En el caso <strong>de</strong> un átomo <strong>de</strong> hidrógeno se trata <strong>de</strong> un área encerrada por una curva. Si estacurva no cierra porque se esta en presencia <strong>de</strong> dos o mas períodos inconmensurables, habrátantas condiciones cuánticas como períodos. Si el número <strong>de</strong> período es u y el <strong>de</strong> grados <strong>de</strong>libertad v , el grado <strong>de</strong> <strong>de</strong>generación es w = v-u En el caso <strong>de</strong>l átomo <strong>de</strong> hidrógeno essimplemente periódica y el electrón tiene tres grados <strong>de</strong> libertad, así que se trata <strong>de</strong> un caso<strong>de</strong> doble <strong>de</strong>generación. Esta <strong>de</strong>generación se elimina parcialmente introdu<strong>cien</strong>do lavariación <strong>de</strong> la masa con la velocidad. Esto produce una rotación <strong>de</strong>l perihelio, que eliminaparcialmente esta <strong>de</strong>generación. Esta rotación <strong>de</strong>l perihelio no coinci<strong>de</strong> con el caso real yque solo pue<strong>de</strong> ser explicado, en el caso <strong>de</strong>l planeta mercurio, mediante la relatividadgeneral. Así que la coinci<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> esta teoría con la experiencia <strong>de</strong>be consi<strong>de</strong>rarse casicasual. De todos modos con la introducción <strong>de</strong> tres números cuánticos, el principal, elazimuntal y el complementario se logro la explicación <strong>de</strong> los espectros <strong>de</strong> los átomos <strong>de</strong>H, He ++ , Li ++ , con su estructura fina y el efecto Zeeman, interacción con un campomagnético. También se pudo explicar los espectros <strong>de</strong> los átomos alealinos.1914. James Franck (1882-1964) y Gustav Ludwig Hertz (1887-1975).La teoría <strong>de</strong> Bohr tuvo una confirmación en la experiencia <strong>de</strong> bombar<strong>de</strong>arátomos con electrones hay un choque plástico cuando la energía perdida por el electrón esigual a la energía E n - E o <strong>de</strong>l átomo, siendo E o el estado fundamental.1916.Gilbert Newton Lewis (1875-1946).


Usando el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> Bohr <strong>de</strong> el átomo formado por capas <strong>de</strong> electrones<strong>de</strong>scribió la unión química con el enlace covalente, don<strong>de</strong> dos átomos comparten doselectrones completando la capa, el otro enlace es ce<strong>de</strong>r un electrón como el caso NaCl.1916.Abert Einstein.Einstein introduce la i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> momento <strong>de</strong>l fotón. Si a la energía E = hν sele atribuye una masa E = m c 2 , se tiene hν = mc 2 = mc.c = p.c y como λν = c luegohνhp =c λ= . A<strong>de</strong>más pudo <strong>de</strong>ducir la ley <strong>de</strong> radiación <strong>de</strong> Planck, mediante el concepto <strong>de</strong>transiciones radiactivas espontaneas entre los niveles E n <strong>de</strong> los átomos <strong>de</strong> la cavidad y laradiación. Debe complirse E m - E n = hν.1916. Richard Gans (1880-1954).La luz no se propaga en un medio refringente excitando las moléculascomponentes y emitiendo, es <strong>de</strong>cir por un proceso <strong>de</strong> excitación y emisión. La luz pue<strong>de</strong>propagarse cuando la energía <strong>de</strong> la onda es inferior a la necesaria para excitar lasmoléculas. Los fotones pasan a travéz <strong>de</strong>l medio sin roce ni alteración.1917.Walter Kossel (1888-1956).Se explica los espectros <strong>de</strong> rayos X mediante el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> Bohr <strong>de</strong> capas.1920. Arthur Holly Compton (1892-1962).Un cuanto <strong>de</strong> luz al chocar con un electrón le transfiere parte <strong>de</strong> su energía ymomento, y luego <strong>de</strong> su dispersión su longitud <strong>de</strong> onda se hace mayor. Se prueba así lanaturaleza corpuscular <strong>de</strong> la luz.1924. Louis-Victor Pierre Raymond Prince <strong>de</strong> Broglie (1892-1987).


Broglie extendió la i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> Einstein <strong>de</strong>l momento <strong>de</strong>l fotón a toda partícula22 vmaterial. Ahora Ε = c mo 1 − don<strong>de</strong> v es la velocidad <strong>de</strong> la partícula m2o la masa encreposo y E esta dado por la relatividad restringida, p mov1−2Toda partícula material tiene asociada una longitud <strong>de</strong> onda.2v h h v= y λ = = 1−.2cp m v co21925 Walfgang Pauli.Pauli enuncia al principio <strong>de</strong> exclusión. Con el se explica porque cadaorbital en un átomo no pue<strong>de</strong> estar con mas <strong>de</strong> dos electrones, a<strong>de</strong>más dos sistemas <strong>de</strong>números cuánticos que pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>ducirse mutuamente por intercambio <strong>de</strong> los electrones,representan un estado. El segundo principio enuncia la indiscernibilidad <strong>de</strong> los electrones,importante para la enumeración <strong>de</strong> los estados posibles, tal como lo exige la teoría <strong>de</strong>lsistema periódico y, en especial, para las estadísticas.1924. Satyendra Nath Bose (1894-1974).Encontró un método para <strong>de</strong>ducir la ley <strong>de</strong> radiación <strong>de</strong> Planck basándoseexclusivamente en la i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> que la luz esta compuesta <strong>de</strong> fotones, caracterizando elhespacio <strong>de</strong> las fases por las componentes <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> movimiento, p x= α , se obtieneλla <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> estados entre p y p + p. Esta capa se divi<strong>de</strong> en celdas <strong>de</strong> tamaño finito yen ella el número n <strong>de</strong> fotones pue<strong>de</strong> ocupar <strong>de</strong> cualquier forma esas celdas. Estaestadística se llama <strong>de</strong> Bose - Einstein.1924. Wolgang Panli (1900-1958).Enuncia la i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> que el cuarto número cuántico correspon<strong>de</strong> al spin <strong>de</strong>lelectrón, que pue<strong>de</strong> asimilarse a un momento rotatorio <strong>de</strong>l electrón sobre si mismo, y quesolo pue<strong>de</strong> tener dos direcciones "arriba" y "abajo".1925. George Eugene Uhlenbeck (1900-1988) y Sammuel Abrahan Goudsmit (1902


1978).Explicaron un experimento que implicaba la división <strong>de</strong> un haz <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong>plata en dos por un campo magnético. Esta experiencia es <strong>de</strong> Stern y Gerlach . Sugirieronque esto proviene <strong>de</strong> que los átomos <strong>de</strong> Ag posee un spin. Debido a que los electronestienen spin, y puesto que el átomo <strong>de</strong> plata tiene 47 electrones, todos salvo uno <strong>de</strong> loselectrones anulan su spin entre ellos <strong>de</strong>jando uno solo. Como una mitad <strong>de</strong> los átomos lotiene "arriba" la otra mitad lo tiene para "abajo". Esto explica porque dos electronespue<strong>de</strong>n ocupar el mismo nivel <strong>de</strong> energía en el átomo.1925.Wener Karl Heisenberg (1901-1976), Max Born (1886-1970) y Ernest PascualJordan (1902-1980).Se <strong>de</strong>sarrolla la llamada mecánica cuántica <strong>de</strong> matrices, a toda propiedadclásica como q, p o E, posición, momento o energía, le correspon<strong>de</strong> una matriz [ ]nm[ p ] o [ ]nmE nm[ ] [ q ] [ p q ], obe<strong>de</strong><strong>cien</strong>do a las reglas <strong>de</strong> conmutaciónp = es el producto <strong>de</strong> matrices.n mnmnκk mp qhq p =2πiq ,− . El producto pq =1925. Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984).Dirac <strong>de</strong>sarrollo la mecánica <strong>de</strong> matrices según una versión que se conocecomo teoría <strong>de</strong> operadores o álgebra cuántica.1926. Max Born.Introduce la interpretación probabilística <strong>de</strong> la mecánica cuántica. Todofenómeno cuántico es <strong>de</strong> ese tipo.1926. Enrico Fermi (1901-1954).Junto con Dirac se <strong>de</strong>sarrollo la estadística conocida ahora como <strong>de</strong> Fermi-Dirac. Se aplica a un gran número <strong>de</strong> partículas que tienen spin 1/2, como el electrón, y nopue<strong>de</strong>n dos partículas estar en el mismo estado. Luego cada celda <strong>de</strong>l espacio <strong>de</strong> las fasessolo pue<strong>de</strong> estar vacía o contener un electrón. Así que el número total <strong>de</strong> Fermiones <strong>de</strong>beser constante aisladamente en la interacción <strong>de</strong> partículas. Por lo tanto el número total <strong>de</strong>Fermiones <strong>de</strong>be ser constante en el Universo y <strong>de</strong>bió ser <strong>de</strong>terminada por las condicionesexistentes durante el Big-Bang.


1926.Erwin Schrödinger (1887-1961).Enunciado <strong>de</strong> la mecánica ondulatoria. Mediante una correlación con laóptica se obtiene la ecuación que lleva su nombre. Actualmente se <strong>de</strong>sarrolla en base apostulados que se justifican por un éxito. Brevemente consiste en reemplazar la ecuaciónH(p,q)-E=o, se reemplazaP (px, py, p ) y Ezpor los operadoresh ∂h ∂p = y Ε por −2πi∂ q2π i ∂ tobteniéndose la celebre ecuación. Para valores estacionarios la⎪⎧⎛ h⎨H⎜⎪⎩ ⎝ 2πι∂ ⎞,⎟∂ ⎠+ hqq 2π ι−2πi E th∂ ⎪⎫⎬ψ∂t⎪⎭= o, ψ es la función <strong>de</strong> onda que en casos estacionarios esψ(q,t)= ψ(q)e y cuyo cuadrado se interpreta como probabilidad por unidad <strong>de</strong>volumen <strong>de</strong> existencia <strong>de</strong> la partícula. Así que ∫v ψ ( q)ψ *( q)d v = 1, la partícula tiene queestar en algún lado. La ecuación <strong>de</strong> Schördinger tiene autofunciones y autovalores querepresentan los valores necesarios <strong>de</strong> energía y la probabilidad <strong>de</strong> existencia <strong>de</strong> la partícula.Todos los problemas que se resolvieron anteriormente, oscilador armónico, átomo <strong>de</strong>hidrógeno, etc, encuentran una solución y a<strong>de</strong>más se pue<strong>de</strong> plantear y resolver otrosproblemas.1926. Paul Adrien Maurice Dirac.Dirac muestra que la mecánica <strong>de</strong> matrices y la <strong>de</strong> ondas son equivalentes.1926.Werner Karl Heisemberg.Heisemberg <strong>de</strong>muestra el principio <strong>de</strong> inserteza . El producto <strong>de</strong> ladispersión <strong>de</strong> variables complementaran (p, q) y (E, t), es mayor o igual a h2π. Así que∆ p. ∆q≥ h2πy ∆ Ε. ∆ t ≥ h2πrendija <strong>de</strong> ancho. Damos una <strong>de</strong>mostración elemental. Normalmente a una∆ x inci<strong>de</strong> un electrón <strong>de</strong> cantidad <strong>de</strong> movimiento p perpendicular alplano <strong>de</strong> la rendija. El primer máximo <strong>de</strong> la difracción ocurre cuando∆ x sen α=λ=hpsiendo α el ángulo <strong>de</strong> <strong>de</strong>sviación. Ese primer máximo proviene <strong>de</strong> una componente normala p que es ∆ p = psenα . Por lo tanto∆p≈phα=∆xsen , o sea ∆ x . ∆ p ≈h. A Heisenberg se<strong>de</strong>be la i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> que la naturaleza onda corpúsculo <strong>de</strong> una partícula se <strong>de</strong>be a que son"guiadas" por "ondas piloto".


1927. Walter Heitler (1904-1981) y Fritz Wolgang London (1900-1954).Heither y London logran calcular la energía <strong>de</strong> disociación <strong>de</strong>l H 2 conmecánica ondulatoria.1927,Niels Bohr.Bohr presenta lo que se conocerá en el futuro como interpretación <strong>de</strong>Copenhagen <strong>de</strong> la mecánica cuántica. De acuerdo a esa interpretación la medición formaparte <strong>de</strong>l problema, así que lo único que se pue<strong>de</strong> hacer es calcular la probabilidad que unexperimento específico nos <strong>de</strong> un resultado particular. Hay experiencias que permitenesclarecer mucho esta interpretación como la experiencia <strong>de</strong> la interferencia con dosrendijas. Si iluminamos una ranura que a su vez ilumina dos ranuras en una pantallaparalela a la <strong>de</strong> la primera ranura, colocando una tercera pantalla paralela a las dos primerasse forman franjas <strong>de</strong> luz y sombras paralelas a las dos primeras ranuras. Hay luz cuando laluz llega en fase, es <strong>de</strong>cir difiere en un número entero <strong>de</strong> ondas las que llega <strong>de</strong> una ranura<strong>de</strong> la otra, cuando difieren en un número entero mas media onda hay sombra. Estaexperiencia que tiene muchas variantes no pue<strong>de</strong> explicarse sino con la teoría ondulatoria<strong>de</strong> la luz. Variantes interesantes son hacer llegar la luz a las dos ranuras dividiendo la luzcon un espejo seniazogado esto produciría, en el caso <strong>de</strong> la teoría corpuscular la subdivisión<strong>de</strong>l fotón. También resulta interesante la colocación <strong>de</strong> <strong>de</strong>tectores. Pero mediante la teoríacorpuscular no pue<strong>de</strong> explicarse el fenómeno. Porque cuando se tapa una ranura<strong>de</strong>saparecen las franjas. Esto supondría que los fotones conocen lo que ocurre en la otraranura. Sin embargo cuando se colocan <strong>de</strong>tectores en la tercera pantalla se <strong>de</strong>tecta elchoque puntual <strong>de</strong> los fotones, estos existen cuando se hacen mediciones para encontrarlos.La interpretación <strong>de</strong> Bohr es que el fotón o partícula material, existe como superposición <strong>de</strong>estados cuánticos, que mi<strong>de</strong>n las probabilidad <strong>de</strong> un estado particular. Cuando la ondallega a la tercera pantalla "colapsa" y se produce el impacto puntual. Todo este proceso,que tiene sus antece<strong>de</strong>ntes en el fenómeno fotográfico, no entra <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la lógica <strong>de</strong> lafísica clásica. Planck, Einstein y Schrödinger no estuvieron <strong>de</strong> acuerdo con estainterpretación. Einstein mismo i<strong>de</strong>ó experiencias para tratar <strong>de</strong> poner <strong>de</strong> manifiesto loabsurdo <strong>de</strong> esta i<strong>de</strong>a.1928,Oscar Klein (1894-1977) Paul Adrian Maurice Dirac.


La ecuación relativista <strong>de</strong> Schrödinger presenta gran<strong>de</strong>s dificulta<strong>de</strong>s. Esta1oecuación se llama <strong>de</strong> Klein-Gordon ∆ψ−− ψ=0 , para una partícula libre. Enc22∂ ψ∂ t2 2 2 2 4ecuación <strong>de</strong> la energía, E − p c = m c , se <strong>de</strong>be colocar los operadores conocidos∂Ε = − h yi ∂ tahiρx= h2∂∂ xo2m2hc22. La ecuación <strong>de</strong> K - G se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>scomponer como por ejemplo2 + b2 = ( u + bi) ( a − bi) ≡o, transformándose en una ecuación <strong>de</strong> primer or<strong>de</strong>n∂ψ{ α + α + α − } + βmcψo,x y zo =∂ x∂ψ∂ y∂ψ∂ z1c∂ψ∂ tdon<strong>de</strong>.αx =⎛0 001⎞⎜⎟⎟⎟⎜0 010⎜; α0100⎜⎟⎝1000⎠y⎛0 00−i ⎞⎜ ⎟⎜0 0+i0⎟=⎜ − ⎟; αz0 i 00⎜⎟⎝ + i000⎠⎛ 0010 ⎞ ⎛1000⎞ ⎛ψ1⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜⎜ 000 − 1⎟⎜0100⎟ ⎜ψ2=⎜ ⎟; β=⎜ ⎟ψ =1000 00 − 10 ⎜ψ3⎜⎟⎜⎟⎜⎝ 0 − 100 ⎠ ⎝000− 1⎠⎝ψ4⎞⎟⎟⎟⎟⎠, <strong>de</strong> tal forma que elcuadrado <strong>de</strong> la ecuación <strong>de</strong> D se transforma en la <strong>de</strong> K - G, la ψ es ahora un spinor, dos <strong>de</strong>sus componentes representan a dos diferentes orientaciones <strong>de</strong>l spin. Estas funciones eldoble <strong>de</strong> las que se necesitarían para <strong>de</strong>scribir el spin, se <strong>de</strong>be a que esta teoría admiteestados <strong>de</strong> energía negativos. Esto implica, entre otras cosas, la existencia <strong>de</strong> electronescon carga positiva. Existen también partículas y antipartículas, antiproton, etc.1927. Clinton Joseph Davisson (1881-1958), Lester Germer ( ), George PayetThomson (1892-1975).Se prueba la naturaleza ondulatoria <strong>de</strong> la materia mediante la difracción <strong>de</strong>electrones por una lámina <strong>de</strong>lgada <strong>de</strong> metal.1927.Paul Adrian Marie Dirac.La cuantificación <strong>de</strong> un campo. La primera cuantificación trata <strong>de</strong>partículas, electrones, que saltan <strong>de</strong> un nivel a otro en un átomo. La segunda trata <strong>de</strong> doscampos y muestra que ellos pue<strong>de</strong>n ser <strong>de</strong>scritos en términos <strong>de</strong> intercambio <strong>de</strong> partículas,hoy sin embargo a perdido totalmente importancia.1928. George Gamow (1904-1968).


Gamow explico la <strong>de</strong>sintegración α como el pasaje <strong>de</strong> a través <strong>de</strong> unabarrera <strong>de</strong> potencial <strong>de</strong> una partícula α. La partícula esta contenida en el núcleo, pero hayuna probabilidad <strong>de</strong> que este fuera, este efecto se <strong>de</strong>nomina Tunel, y la vida media se<strong>de</strong>termina cono<strong>cien</strong>do el número <strong>de</strong> veces por segundo que la partícula golpea las barreras.En cada golpe hay una probabilidad p que pase, <strong>de</strong> aquí que la frecuencia <strong>de</strong> emisión esχ =n pAproximadamente n esv2 rdon<strong>de</strong> r oes el tamaño <strong>de</strong>l cráter y v laovelocidad <strong>de</strong> la partícula α, que pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>terminada ha<strong>cien</strong>do la longitud <strong>de</strong> onda<strong>de</strong> Broglie igual a r o, así que n = h2. La probabilidad p eses el valor <strong>de</strong> ψ fuera <strong>de</strong>l núcleo y4 m roΨ <strong>de</strong>ntro.o222ψ 1 / ψ don<strong>de</strong> ψ1Estos cálculos fueron aplicados a las reacciones nucleares <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> lasestrellas. A<strong>de</strong>más se le <strong>de</strong>be el mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> la gota líquida <strong>de</strong>l núcleo, don<strong>de</strong> las partículas<strong>de</strong>l núcleo son contenidas por una suerte <strong>de</strong> tensión superficial.hnv1929. Werner Karl Heisemberg y Wolgeng Pauli.Versión Lagrangiana <strong>de</strong> la mecánica cuántica.1929.Ernest Pascual Jordan.Teoría <strong>de</strong> los operadores para la mecánica cuántica.1930.Werner Karl Heisenmberg.Se sugiere que el núcleo esta formado por partículas que solo difieren en loque se llama spin isotópico.1930.Nevill Francis Mott (1905-1996).Teoría cuántica <strong>de</strong> las colisiones atómicas1930.Fritz Wolgang London (1900-1954).


Cálculo <strong>de</strong> las fuerzas <strong>de</strong> Van <strong>de</strong>r Walls.1930.Albert Einstein, Niels Bohr.Einstein presenta en el Congreso Solvay <strong>de</strong>l año 1930 un argumento paramostrar que se podrá invalidar uno <strong>de</strong> los principios <strong>de</strong> incerteza ∆ E ∆ t ≥ h. Se trata <strong>de</strong> unacaja en una <strong>de</strong> cuyas pare<strong>de</strong>s se pue<strong>de</strong> abrir y cerrar un obturador controlado por un reloj<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la caja. La caja esta llena <strong>de</strong> radiación y cuelga <strong>de</strong> un resorte con índice ygraduación para pesarla. Se pesa la caja. Se abre el obturador para <strong>de</strong>jar que salga unfotón. Se vuelve a pesar la caja. Así se ha encontrado tanto la energía <strong>de</strong>l fotón,∆ E = ∆m c2 , como su instante <strong>de</strong> pasaje, con precisión arbitraría en contra <strong>de</strong> ∆ E. ∆t h.Bohr <strong>de</strong>mostró que esto es falso. La pesada inicial se hace registrando la posición <strong>de</strong>líndice, con respecto a la escala fija al soporte <strong>de</strong>l resorte <strong>de</strong> don<strong>de</strong> cuelga la caja, la pérdida<strong>de</strong> peso <strong>de</strong>bida al escape <strong>de</strong>l fotón se compensa mediante una carga, que hace volver elíndice a la posición inicial, con una tolerancia ∆ q . Por su parte la medición <strong>de</strong>l peso tieneun error ∆ m. La carga agregada imparte a la caja un impulso que pue<strong>de</strong> medirse conprecisión ∆ p <strong>de</strong>limitada por ∆ p ∆q≅ h . A<strong>de</strong>más, ∆ p h.La inserteza en la posición ∆ q <strong>de</strong>l reloj en el campo gravitatorio implica una inserteza2∆ t = g t ∆ q / c en la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> t. Se trata <strong>de</strong>l atraso <strong>de</strong> un reloj que va a la velocidadv = gt. Por lo tantoc 2 ∆m∆t= ∆Ε∆t> h . De acuerdo a las relaciones <strong>de</strong> incertidumbre.1930.Julius Robert Oppenheimer (1904-1967) .Usa las ecuaciones <strong>de</strong> Dirac para probar la existencia <strong>de</strong>l electrón positivo.1932.Carl David An<strong>de</strong>rson (1905-1991).Descubrimiento <strong>de</strong>l positrón, el electrón positivo, producido por los rayoscósmicos en una cámara <strong>de</strong> niebla .1932, John J<strong>anos</strong> von Neuman (1903-1957).


Publica la prueba errónea <strong>de</strong> que la M.C. no pue<strong>de</strong> contener variableocultas. Según la escuela <strong>de</strong> Copernhagen algo acontece cuando le observamos, colapsanlas funciones <strong>de</strong> onda y el fenómeno ocurre. De acuerdo a las variables ocultas las cosasvan ocurriendo, pero con un conocimiento global instantáneo <strong>de</strong> todo lo que ocurre.1932.Hans Albreacht Bethe (1906- ) y Enrico Fermi (1901-1954).Se sugiere el fotón como partícula <strong>de</strong> intercambio que produce la interacciónentre partículas cargadas.1933. Grette Herman ( ).Se pone <strong>de</strong> manifiesto el error <strong>de</strong> la prueba <strong>de</strong> von Neuman <strong>de</strong> que no pue<strong>de</strong>haber variables ocultas. Esto no se toma en cuenta <strong>de</strong>bido al gran prestigio <strong>de</strong> vonNeuman.1935. Albert Einstein, Nathan Rosen (1909- ) y Boris Podolsky (1896 - 1966).Einstein, Rosen y Podolsky llaman la atención sobre una paradoja (E.P.R.)que anula el principio <strong>de</strong> incerteza. Dos partículas parten simultáneamente <strong>de</strong> un lugar, lacantidad <strong>de</strong> movimiento total es cero en el momento <strong>de</strong> partir, a gran distancia una <strong>de</strong> otra,se mi<strong>de</strong> el momento o cantidad <strong>de</strong> movimiento <strong>de</strong> una, luego se conoce el <strong>de</strong> la otra ya<strong>de</strong>más, se pue<strong>de</strong> medir su posición. Con esto se viola el principio <strong>de</strong> incerteza ∆ p ∆ q≥h.Si es válido el principio <strong>de</strong> incerteza, en todos los casos, al medir el momento <strong>de</strong> unapartícula con un error ∆ p automáticamente se produce una incerteza ∆ q con la otra.Hay que recordar que ∆ p y ∆qson respecto <strong>de</strong> una cantidad gran<strong>de</strong> <strong>de</strong> medidas. Estaacción a distancia instantánea no permite sin embargo transportar información. Laexperiencias, como veremos mas a<strong>de</strong>lante, confirman la acción a distancia y la vali<strong>de</strong>s <strong>de</strong>lprincipio <strong>de</strong> incerteza.1940. Richard Phillips Feynman (1918-1988) y John Anchibald Wheeler (1911- ).Feynman y Wheeler <strong>de</strong>sarrollan lo que se llamara la teoría <strong>de</strong> la absorción <strong>de</strong>Wheeler - Feynman. Cuando un electrón se acelera radia energía, luego se forma una masaadicional. Esto es válido para cualquier partícula cargada. Consi<strong>de</strong>rando el caso massimple posible, solo hay dos electrones en el universo, el primer electrón produce una onda<strong>de</strong>sfasada un medio progresiva, mientras que la onda regresiva esta un medio a<strong>de</strong>lantada.


Cuando el segundo electrón se mueve en respuesta, produce otra onda con medio retardo,que cancela la primera onda; y una con medio avance que va tras la primera onda <strong>de</strong>lelectrón original, en fase con esa onda, reforzando la onda original media onda ha<strong>cien</strong>douna onda total, como la solución usual <strong>de</strong> las ecuaciones <strong>de</strong> Maxwell. Esta media ondaarriba al primer electrón, en el momento en que comienza a moverse y causa la radiaciónresistente. Luego continua asía el pasado, anulando la onda con medio avance <strong>de</strong>l primerelectrón. El resultado es que entre los dos electrones hay una onda sola que equivale a lasolución clásica <strong>de</strong> las ecuaciones <strong>de</strong> Maxwell, pero fuera se anulan y esa infinita energíano aparece.1940. Sin-tiro Tomonaga (1906- 1979), Julian Seymur Schwinger (1918-1994) yRichard Phillips Feynman.Los tres <strong>de</strong>sarrollan in<strong>de</strong>pendientemente la Electrodinámica cuántica. Esta<strong>de</strong>scribe la interacción entre fotones y partículas cargadas. El éxito <strong>de</strong> esa teoría semanifestó con la explicación <strong>de</strong>l corrimiento <strong>de</strong> Lamb, en el átomo <strong>de</strong> hidrógeno y elmomento magnético <strong>de</strong>l electrón.1942. Richard Phillips Feynman.Feynman propone por primera vez lo que se <strong>de</strong>nomina integrales <strong>de</strong> camino,una manera <strong>de</strong> iniciar probabilida<strong>de</strong>s cuánticas basada en el formalismo <strong>de</strong> Lagrange. Laentidad cuántica toma todos los caminos posibles <strong>de</strong> A a B, en algunos casos se anulanunos a otros todos salvo la trayectoria clásica. Pero bajo condiciones especiales se obtienenlos casos <strong>de</strong> interferencia <strong>de</strong> ondas como en la difracción por una rendija o la interferenciapor dos. Esta versión es mas satisfactoria que la <strong>de</strong> Schrödinger que es Hamiltonriana. Lapartícula se mueve como si conociere todas las posibles trayectorias, un caso parecido yaocurría en el principio <strong>de</strong> Fermat con los fotones.1947. Willis Engene Lamb (1913- ).Se mi<strong>de</strong> con exactitud lo que se <strong>de</strong>nomina el corrimiento <strong>de</strong> Lamb en elátomo <strong>de</strong> hidrógeno. Ese corrimiento proviene <strong>de</strong> la interacción <strong>de</strong>l electrón con un campoelectromagnético.1949. Freeman John Dyson (1923- ).


Dyson muestra que la EDC propuesta por Feynman Schwinger y Tomonagason matemáticamente equivalentes.1950. Hugh Everett (1930-1982).Everett <strong>de</strong>sarrolla la interpretación <strong>de</strong> los universos múltiples. La i<strong>de</strong>a esque cada vez el mundo se enfrenta, en el nivel cuántico, con una elección, el universo sedivi<strong>de</strong> en tantos universos como elecciones tiene. Por ejemplo, en la experiencia <strong>de</strong> las dosranuras, el electrón pasa por la ranura A en un universo y por la B en el otro . Esta i<strong>de</strong>a esinteresante para los cosmologístas quienes pue<strong>de</strong>n obviar la paradoja que ocurre en laescuela <strong>de</strong> Copenhagen, sobre cual es la observación que hace colapsar la función <strong>de</strong> ondaque <strong>de</strong>scribe la totalidad <strong>de</strong>l universo. La creación <strong>de</strong> la figura <strong>de</strong> interferencia en laexperiencia <strong>de</strong> los dos ranuras, necesita <strong>de</strong> electrones o fotones <strong>de</strong> los dos universos.1950. David Joseph Bohm (1917-1992).Bohm pone <strong>de</strong> manifiesto que el efecto fotoeléctrico se pue<strong>de</strong> explicar por laabsorción <strong>de</strong> energía <strong>de</strong> una onda continua en forma discontinua. Una i<strong>de</strong>a similar a la <strong>de</strong>Planck, que trató <strong>de</strong> explicar el espectro <strong>de</strong> radiación <strong>de</strong>l cuerpo negro mediante unaabsorción continua y una emisión discontinua.1952.David Joseph Bohm.Bohm sugiere como experiencia crucial E.P.R una variación con fotones.1957. John Bar<strong>de</strong>en (1908-1991), Leon Niels Cooper (1930- ) y John AlbertSchrieffer (1931 - ).Bar<strong>de</strong>en, Cooper y Schrieffer logran explicar la superconductividad comoun fenómeno cuántico. Los electrones interactuan con la red cristalina en pares y esoselectrones se comportan como bosones por que los dos medios spin se suman formando unspin uno. Como bosones, todos los electrones ocupan el mismo nivel <strong>de</strong> energía y pue<strong>de</strong>nser <strong>de</strong>scritos como una sola función <strong>de</strong> onda que se mueve sin roce por el conductor.1958. Richard Phillips Feynman y Murray Gell-Mann (1929- ).


Desarrollan la teoría <strong>de</strong> la interacción débil. Las fuerzas <strong>de</strong> la naturaleza soncuatro, la gravitatoria, la electromagnética y las nucleares, la fuerte y la débil. Estas dosúltimas fuerzas están en el núcleo atómico.La fuerza gravitatoria, que es siempre aditiva, es la que interactua entre lasmasas a distancias interplanetarias y mayores, la electromagnética es la que mantieneunidos los átomos para formar moléculas y los electrones al núcleo para formar átomos.Son las fuerzas nucleares fuerte que mantienen unidas las partículas que forman el núcleo,los neutrones y protones se dispersarían sin estas fuerzas. Es la fuerza que mantienenunidas los quarks a través <strong>de</strong>l intercambio <strong>de</strong> gluones. Esta fuerza tiene un rango limitadoporque los gluones tienen masa, a diferencia <strong>de</strong> los fotones que transportan las fuerzaselectromagnéticas a los gravitones, que transportan la gravedad. El rango <strong>de</strong> influencia <strong>de</strong>portadores como los gluones es inversamente proporcional a su masa.La fuerza débil opera como los otros a través <strong>de</strong>l intercambio <strong>de</strong> partículasmensajeras, los bosones vectoriales intermedios que tienen masa, por lo tanto su rango <strong>de</strong>influencia es limitada. Pero a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> mantener unidos o separados, cambia la naturaleza<strong>de</strong> las partículas entre las que se mueve. Afecta a los leptones y hadrones, en particular elproceso <strong>de</strong> <strong>de</strong>sintegración β. Así que un neutrón emite un electrón y un antineutrino,convirtiéndose en un protón. Como interacción débil esto se <strong>de</strong>scribe como una interacciónentre un neutrino que arriba y un bajo quark <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l neutrón. El quark bajo intercambiaW, un boson vectorial intermedio, con el neutrino, transformándose en un quark arriba yel neutrino en un electrón. Los bosones tienen una gran masa y un rango <strong>de</strong> influencia muycorto.1959. Richards Phillips Feynman.Sugiere la nanotecnología como posible1961. Murray Gell-Mann y Yuval Neieman ( ) .Proponen in<strong>de</strong>pendientemente, un esquema para clasificar las partículaselementales. Pue<strong>de</strong> afirmarse que los quarks, leptones y los bosones son las únicaspartículas elementales. Los bosones son los que transportan fuerza. Los baryones estáncompuestos por tres quarks, y son, por ejemplo, el protón y el neutrón, pue<strong>de</strong>n ser tomadospor partículas elementales con ciertos propósitos, así como el muon. Hay seis varieda<strong>de</strong>s<strong>de</strong> quarks que en singles son up, down, strange, charm, top y bottom y sus antipartículas.Ellos y las partículas en que se combinan para formar los hadrones, están bajo la influencia<strong>de</strong> la fuerza fuerte. Hay seis tipos <strong>de</strong> leptones, electrón, muon , tau, electrón neutrino,muon neutrino y tau neutrino y sus antipartículas. Estas últimas seis partículas están bajo lainfluencia <strong>de</strong> las fuerzas débiles.


1962 Richards Phillips Feynman.Feynman introduce el concepto <strong>de</strong> gravedad cuántica, combinando la teoríageneral <strong>de</strong> la relatividad con la mecánica cuántica. El núcleo <strong>de</strong> la teoría es que la fuerzagravitacional es producida por el intercambio <strong>de</strong> gravitones, <strong>de</strong> la misma forma que elintercambio <strong>de</strong> fotones produce las interacciones electromagnéticas. La principaldificultad en el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> esta teoría es la equivalencia entre masa inerte y gravitatoria,que no pue<strong>de</strong> expresarse en la mecánica cuántica. Por otra parte los gravitones por poseerenergía, les correspon<strong>de</strong> una masa que interactua con todas las otras masas. Esto no ocurreen la Electro Dinámica Cuántica puesto que los fotones, que al tener energía tienen masa nointeractuan con el sistema electromagnético. El gravitón aparece con spin 2. Para evitarestos problemas se introduce la técnica <strong>de</strong> perturbación, persisten sin embargo, los que<strong>de</strong>rivan <strong>de</strong> la existencia <strong>de</strong> infinitos.1962. Brian David Josephson (1940 - ).Descubre lo que se llamara la unión <strong>de</strong> Josephson que permite medircampos magnéticos con gran precisión y pue<strong>de</strong> usarse en computadoras. Se trata <strong>de</strong> unacapa aislante entre dos superconductores.1963. Chien - Shiang Wa (1912-1997).Sus experiencias confirman la violación <strong>de</strong> la paridad en procesos queinvolucran la interacción débil <strong>de</strong> Feynman y Gell-Man.1964. Peter Ware Higgs (1929- ), Robert Brout ( ) y FranVois Englert ( ).Introducen lo que se llamara partícula <strong>de</strong> Higgs, que tiene masa. Estopermite que cualquier fotón por absorción <strong>de</strong> un boson <strong>de</strong> Higgs obstenga masa. Así quelos portadores <strong>de</strong> la fuerza débil tienen masa.1964. John Stuart Bell (1928-1990).


En 1952 Bohn sugirió que la experiencia <strong>de</strong> Einstein Podolsky y Rossen(EPR, 1935) podrá efectuarse con fotones. Ahora Bell mostró como podía efectuarse elexperimento midiendo lo que se <strong>de</strong>nominará <strong>de</strong>sigualdad <strong>de</strong> Bell.1964.Diferentes autores <strong>de</strong>scubren el kaon que produce piones que no conservanla paridad, la partícula omega-menos. Se introduce el cuarto quark para explica loshadrones. Walter Greenberg introduce la "para estadística" que distingue tripletes <strong>de</strong>quarks que <strong>de</strong> otra manera serían idénticos1965. Yoichiro Nambu y M.Y. Han.Se introduce una teoría matemática <strong>de</strong> los quarks con el agregado <strong>de</strong> queestán "coloreados". Se esboza una primera teoría <strong>de</strong> las cuerdas.1965, Richard Phillips Feynman.Aparecen los "partones".1966. John Stuart Bell.Repite lo que <strong>de</strong>mostró Grete Herman (1933), que la prueba <strong>de</strong> von Neuman(1932) <strong>de</strong> que no existen variables ocultas en la mecánica, cuántica es falsa.1967. Abdus Salam (1926-1996) y Eugene Paul Wigner (1902-1995).Se unifica la interacción débil y la electromagnética entre/bosones, comointeracción electro débil .1967.Andrei Dimitriedich Sakharov (1921-1989).


Sakharov muestra la asimetría en las leyes <strong>de</strong> la física. Esto significa que enel principio, el Big-Bang, el universo quedó con aquellas partículas que no se anularon consu antipartícula y se transformaron en el ruido <strong>de</strong> fondo compuesto por microondas.1970. Jerome Isaac Friedman (1928- ), Henry Way Kendall (1926- ) y RichardEdward Taylor (1929- ).Se <strong>de</strong>muestra experimentalmente la existencia <strong>de</strong> quarks en el núcleoatómico bombar<strong>de</strong>able con electrones <strong>de</strong> alta energía.1970. Ion Clauser ( ), Michael Horne ( ), Abner Shimony ( ) y Richard Holt ( ).Demuestran experimentalmente que la <strong>de</strong>sigualdad <strong>de</strong> Bell no se cumple. Setrata <strong>de</strong> una versión <strong>de</strong>l experimento EPR y por lo tanto se ve que hay una acción adistancia. El mundo no es local.1970. Murray Gell-Mann y Harold Fritzsch ( ).Desarrollan una aproximación tipo teoría <strong>de</strong> campo <strong>de</strong>scribiendo lasinteracciones entre los quarks, especialmente el cuarto "charm".1970. SPEAR (Stanford Positron - Electron Asymmetric Rings).Se observa por primera vez el efecto jet, generado por quark, antiquarks ogluones que fueron sacados <strong>de</strong> sus partículas parientes o creados en un SPEAR estudiandoel choque electron - positron.1970. Sheldon Lee Glashow (1932 - ).Desarrolla la interacción electrónica débil <strong>de</strong> bosones comenzada por AbdusSalam y Steve Weinberg en 1967.1970. John Schcoarz (1941- ) y André Neveu ( ).


cuerdas.Encuentran un método para <strong>de</strong>scribir los fermíones usando la teoría <strong>de</strong> las1974. John Schuarz y Joel Scherk, ( ).Descubren la conexión entre la teoría <strong>de</strong> las cuerdas y la gravedad. El origen<strong>de</strong> la teoría <strong>de</strong> las cuerdas esta en la teoría <strong>de</strong> la relatividad <strong>de</strong> Klein-Kaluza. Cuando seescriben la ecuaciones <strong>de</strong> la relatividad general en cinco dimensiones aparecen por un ladola ecuaciones <strong>de</strong>l campo gravitatorio y por otro las <strong>de</strong> Maxwell. Resulta así la primerateoría <strong>de</strong>l campo unificado. Del mismo modo si se escribe la ecuación <strong>de</strong> Schrödinger encincos dimensiones, cuatro espaciales y uno temporal, se obtienen soluciones que pue<strong>de</strong>nrepresentarse como partículas - ondas que se mueven bajo la influencia <strong>de</strong> camposelectromagnéticos y gravitacionales (1926) para <strong>de</strong>scribir mas campos se agregan masdimensiones. Para ocho aparecen partículas con diferentes spin <strong>de</strong>s<strong>de</strong> +2 a -2 <strong>de</strong> mediocuarta en medio. Ahí aparece una partícula <strong>de</strong> masa cero y spin 2 que sería el gravitón. Enla teoría <strong>de</strong> Klein - Kaluza la quarta dimensión espacial <strong>de</strong>be imaginarse como <strong>de</strong>dimensiones muy pequeñas agregadas a la trayectoria en 3 dimensiones. El tamaño es fácil<strong>de</strong> calcular porque los efectos cuánticos y gravitatorios tienen la misma magnitudhv1m2 2oo = h = moc= f , como se vio antes (ver Planck, 1900) y a<strong>de</strong>mástolocl= , con lo−cual l 10 33 o= cm.Lo mismo ocurre cuando se agrega mas dimensiones. Esto pue<strong>de</strong>representarse como un segmento agregado a una línea <strong>de</strong> universo, con lo cual se forma unacinta. Cuando se agrega una dimensión mas se forma un tubo, una mas y una esfera encada punto <strong>de</strong> la línea <strong>de</strong>l universo y así siguiendo. En el caso <strong>de</strong> un diagrama <strong>de</strong> Feynmanse trata <strong>de</strong> la interacción <strong>de</strong> dos tubos, un tubo pue<strong>de</strong> provenir <strong>de</strong> la unión <strong>de</strong> dos, etc.oto1979. Tony Klein ( ) y colaboradores.Demuestran la difracción <strong>de</strong> neutrones y confirman la naturaleza dual, ondapartícula,<strong>de</strong>l neutrón.1980. John Cramer ( ).Asta este momento tenemos dos interpretaciones <strong>de</strong> mecánica cuántica: Lainterpretación <strong>de</strong> Copenhagen y la interpretación <strong>de</strong> los universos múltiples. Ahoratenemos una nueva interpretación que no altera las predicciones conocidas. Cramer uso lateoría <strong>de</strong> Wheler - Feynman <strong>de</strong> la radiación. Gracias a esta teoría cada parte <strong>de</strong>l universoconoce lo que ocurre en todas las otras partes. En la teoría <strong>de</strong> Wheler - Feynman hay unaonda retardada que fluye hacia el futuro y una onda avanzada que fluye hacia el pasado. En


la ecuación <strong>de</strong> Schrodinger la onda fluye <strong>de</strong>l pasado al futuro, pero cuando se calcula su*norma / /2*Ψ = ψ se supone una onda ψ que fluye <strong>de</strong>l futuro al pasado. Cuando esa ondaes recibida por otra partícula se produce una respuesta y hay una onda progresiva asía laprimera partícula emisora que cancela la onda regresiva. Así que hay un intercambioinstantáneo entre las dos partículas. Cada fotón que es emitido conoce cuando y como va aser absorbido, sabe - en la experiencia <strong>de</strong> las dos ranuras - que clase <strong>de</strong> <strong>de</strong>tector lo espera.Esta es la teoría interpretación transacional.1982. Alain Aspect ( ).La experiencia <strong>de</strong> Aspect probó que Einstein (EPR) no tenía razón al creerque la acción a distancia era imposible. La experiencia crucial (EPR) fue transformada porBohm en una con fotones en lugar <strong>de</strong> partículas. Bell <strong>de</strong>mostró que si vale la i<strong>de</strong>a <strong>de</strong>Einstein se cumple una <strong>de</strong>sigualdad llamada la Bell. En sus experiencias Aspect <strong>de</strong>mostróque esta <strong>de</strong>sigualdad es violada. En esta experiencia se usa la emisión <strong>de</strong> fotonespolarizados en forma que se anulan, si uno es "arriba" el otro es "abajo". Lo que se mi<strong>de</strong> esla polarización en cierto ángulo, cuando esto se realiza, cambia automáticamente, lapolarización <strong>de</strong>l fotón distante B. El universo no es local. Para evitar toda influencia <strong>de</strong>lequipo se cambia los ángulos en que se mi<strong>de</strong> la polarización, cuando el fotón esta en vueloy en forma aleatoria. Pero la <strong>de</strong>sigualdad <strong>de</strong> Bell es siempre violada.1982. Richard Phillips Feynman.Se anuncia la posibilidad <strong>de</strong> que se construya un computador basado enprincipios cuánticos.1985. John Archibald Wheeler (1911- ).La experiencia sugerida por Wheeler fueron realizada en Maryland yMunich con éxito. En la experiencia <strong>de</strong> la doble ranura, en la pantalla se constata la llegadaindividual <strong>de</strong> fotones que forman franjas <strong>de</strong> interferencia. Cuando se tapa una ranura<strong>de</strong>saparecen las franjas. Los fotones que pasan por la otra ranura saben que se tapa una. Lomismo ocurre si se coloca un <strong>de</strong>tector. Que pasa cuando se coloca un <strong>de</strong>tector <strong>de</strong>spués queel fotón paso por una ranura, antes <strong>de</strong> llegar a la pantalla?. Las nuevas experienciasmostraron que incluso en este último caso las franjas <strong>de</strong>saparecen. Los fotones saben antes<strong>de</strong> llegar al <strong>de</strong>tector que este esta puesto. Esto pue<strong>de</strong> realizar en forma aleatoria e inclusointroducir esta aleatoriedad cuando los fotones están ya en vuelo entre el orificio y el<strong>de</strong>tector. Wheeler propone hacer esta experiencia con luz llegada <strong>de</strong> un quasar por doscaminos, uno directo y el otro a través <strong>de</strong> una lente gravitacional. En caso <strong>de</strong> éxito, y esto


es lo mas probable, el fotón conocería lo que va a pasar con una antelación <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong>10.000 x 10 6 años.1985, Cosmología Cuántica.Diferentes autores <strong>de</strong>sarrollan lo que pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>nominarse cosmologíacuántica. El origen <strong>de</strong>l universo es una fluctuación cuántica seguida <strong>de</strong> un proceso <strong>de</strong>expansión. En el principio se trata <strong>de</strong> energía pura contenida en una celda <strong>de</strong> Planck, luegoesa energía se transforma en una capa <strong>de</strong> protones, electrones y neutrones que se transformaen una mezcla <strong>de</strong> hidrógeno y helio con algo <strong>de</strong> <strong>de</strong>uterio. De aquí saldrán las galaxias quehoy día forman el universo. Esto se pue<strong>de</strong> ver en forma elemental, la energía E o <strong>de</strong> la celda<strong>de</strong> Planck es Εo= h vo= h / toy por lo tanto Ε o t o = h, que es una expresión <strong>de</strong>l principio <strong>de</strong>inserteza <strong>de</strong> Heisenberg. Como en la celda <strong>de</strong> Planck las energías gravitatoria y cuánticason equivalentes se verifica que la energía totalAquíf2m olo2 momo c − f = ol2o, con lo cuales la energía potencial gravitatoria, f es la constante gravitatoria <strong>de</strong> Newtony c la velocidad <strong>de</strong> la luz; mo, l o y toson la masa, longitud y tiempo <strong>de</strong> Planck. Una vezque se produce la materia, que varía con la velocidad <strong>de</strong> expansión en un espacio <strong>de</strong> cuatrodimensiones, se verifica la ecuación c 2 2− f M = o , don<strong>de</strong> MM = o y R el radio<strong>de</strong> curvatura <strong>de</strong> una esfera en el espacio <strong>de</strong> cuatro dimensiones con un tiempo cósmico,•= Ṙν es la velocidad <strong>de</strong> expansión. El resultado es una esfera oscilante en cuatrodimensiones con un período <strong>de</strong> alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 15.000 x 10 6 años y una <strong>de</strong>nsidad en reposogcm−29ρ o = 103. Se verifica constantementeRMRc2fv1−c22molo2= c= . Des<strong>de</strong> el punto <strong>de</strong> vista <strong>de</strong> latermodinámica si Q es la energía intercambiada entre el universo que crece y el exterior<strong>de</strong>be ser cero, Q = 0, puesto que el exterior no existe. En el caso <strong>de</strong> creación <strong>de</strong> materia2∆ m la ecuación <strong>de</strong>l primer principio da 0 = c ∆m+ p ∆v, con lo cualcp = −2∆ m∆ vf. Lapresión es esencialmente negativa y como la normal al volumen <strong>de</strong>be estar orientada haciael interior <strong>de</strong>l volumen ∆ v, p es negativa y tien<strong>de</strong> a aumentar el volumen ∆ v. Cuando setrata <strong>de</strong> aniquilación <strong>de</strong> materia, Big - Crusch, ∆ m es negativa y p tien<strong>de</strong> hacer<strong>de</strong>saparecer el volumen ∆ v. Cuando el proceso <strong>de</strong> creación tiene lugar en un universoconstante, la normal es hacia afuera <strong>de</strong>l ∆ v y p es <strong>de</strong> compresión, da materia creada ∆ m<strong>de</strong>saparece..1988. Akira Tonomura ( ).


Realizó el experimento <strong>de</strong> las dos ranuras con electrones pero emitiéndolosuno por vez. Se van formando puntos en la pantalla hasta que finalmente se forma lafigura <strong>de</strong> interferencia. Los electrones se comportan como ondas por la figura <strong>de</strong>interferencia y como partículas al llegar a la pantalla.1990. Hendrik Brugt Gerhardt Carimer (1909 - ).El principio <strong>de</strong> incerteza permite que durante un tiempo ∆ t exista unaenergía ∆ E que aparece y <strong>de</strong>saparece, <strong>de</strong> y en la nada, como la materia esta formada <strong>de</strong>energía esto significa que se forman partículas virtuales en el espacio vacío. Como losfotones tienen masa cero son los que mas fácilmente pue<strong>de</strong>n aparecer. Poniendo dos placasreflectantes muy cerca, los fotones que pue<strong>de</strong>n existir allí son los que tienen una longitud<strong>de</strong> onda múltiplo <strong>de</strong> esa distancia. Estos son menos <strong>de</strong> los que hay afuera, luego hay unapresión <strong>de</strong> afuera que tien<strong>de</strong> a unir las placas. Este efecto también ocurre en los átomos enel vacío. En la Universidad <strong>de</strong> Yale se midió este efecto para átomos <strong>de</strong> Na.1992. El satelite COBE.Cosmic Background Explorer (COBE). Este satélite encontró fluctuacionesen la radiación <strong>de</strong> fondo <strong>de</strong> magnitud <strong>de</strong> acuerdo a la teoría normal <strong>de</strong>l Big-Bang. La forma<strong>de</strong> las <strong>de</strong>sigualda<strong>de</strong>s en radiación <strong>de</strong> fondo muestra la forma <strong>de</strong> las fluctuaciones que<strong>de</strong>bieran haber imprimido la fluctuaciones cuánticas cuando el tamaño <strong>de</strong>l universo (suradio <strong>de</strong> curvatura) era <strong>de</strong>l or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> 10 -25 cm.1994.Se crean las condiciones para recrear el plasma quark-gluon ha<strong>cien</strong>do chocarnúcleos masivos en aceleradores <strong>de</strong> partículas produ<strong>cien</strong>do pequeños Big-Bang Losfotones producidos confirman la teoría <strong>de</strong>l Big-Bang.1994.En Chicago en el Fermilab se i<strong>de</strong>ntifica el último <strong>de</strong> los seis quarks.1994-96 Peter Shor ( ) y Seth Lloyd.


Hay avances en el computador cuántico. Se pue<strong>de</strong> resolver códigosirrompibles en segundos. La conjetura <strong>de</strong> Richard Feynman <strong>de</strong> un computador cuánticocomo simulador cuántico universal es correcta.1995.En los Alamos se mi<strong>de</strong> la masa <strong>de</strong>l electrón neutrino.fabrica el primer antiátomo <strong>de</strong> Hidrógeno.En el CERN seConclusión.En este breve esquema <strong>de</strong>l <strong>de</strong>sarrollo histórico - crítico <strong>de</strong> la MecánicaCuántica se <strong>de</strong>jo un poco <strong>de</strong> lado el problema <strong>de</strong> las partículas, pero se insistió en lasexperiencias iniciales y su estructura interna. Pue<strong>de</strong> afirmarse que supuesto un espacioinfinito <strong>de</strong> cuatro dimensiones, con un tiempo cósmico y una cantidad <strong>de</strong> dimensionesextras - <strong>de</strong> las cuales algunas no se <strong>de</strong>sarrollaron y tienen una dimensión <strong>de</strong> alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong>10 -33 cm mas las leyes <strong>de</strong> la Física, un universo pue<strong>de</strong> surgir <strong>de</strong> la nada - gracias al principio<strong>de</strong> incerteza - y crecer y oscilar con tamaños <strong>de</strong> 10 27 cm y períodos <strong>de</strong> 15.000 x 10 6 años.Este universo es auto consiente, conoce instantáneamente, en lo que respecta al tiempocósmico, todo lo que ocurre y realiza las modificaciones necesarias para que no se violeninguna ley <strong>de</strong> la Física. Des<strong>de</strong> otro punto <strong>de</strong> vista suponiéndolo en su <strong>de</strong>sarrollo temporalconoce, a<strong>de</strong>más, todo lo que ocurrió, lo que ocurre y lo que ocurrirá. Es una figura fija enel espacio (<strong>de</strong> muchas dimensiones) - tiempo, a<strong>de</strong>más pue<strong>de</strong> multiplicarse. Esta figuramultidimensional nace en un punto <strong>de</strong>l espacio y <strong>de</strong>saparece en él."El universo esa espantosa esfera infinita con su centro en todas partes".Pascal, Penses"El universo ese monstruo infinito que retuerce su cuerpo recamado <strong>de</strong> estrellas".Atribuido por J.L. Borges a Víctor HugoBibliografía


La bibliografía es inmensa. Se pue<strong>de</strong> empezar con :Born, Max; Física atómica, numerosas ediciones en todos los idiomas <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 1933.De Broglie, L. y Brillouin, L. Selected Papers on Wave Mechanics, Blackie, 1928.Dirac, P.A.M., The principles of Quantum Mechanics Clarendor Press, 1935.Heinsenberg, W., The Principles of Quantum Theory, University of Chicago Press, 1930.Schorödinger E., Collected Papers on Wave Mechanics, Blackie, 1928.Sobre los orígenes <strong>de</strong> la mecánica cuántica, la paradoja E.P.R. y las controversias Einsten-Bohr:Pais, A. "El Señor es Sutil". La <strong>cien</strong>cia y la vida <strong>de</strong> Albert Einstein, Ariel, 1984.Bibliografía interesante se encuentra en :Kleppner, D. y Jackiw, R., One Hundred Years of Quantum Physics, S<strong>cien</strong>ce, 289(2000)893-898.Roessler, Jaime. Sobre el significado <strong>de</strong> la mecánica cuántica, Sociedad Chilena <strong>de</strong>Física, Publicaciones Científicas, 1981.Datos biográficos y <strong>de</strong>sarrollos <strong>cien</strong>tíficos con bastante extensión en :Frabke, H., Diccionario <strong>de</strong> Física, Editorial Labor 1967.Biografías y comentarios sumamente acertados en:Gribbin, J., Q is for Quantum, The Free Press, 1999.Elemental pero acertado.Gribbin, J., The Search for Superstrings, Symmetry, and the Theory of Everithing, Little,Brown and Company, 1999.El aspecto filosófico en:Popper, K.R:, La lógica <strong>de</strong> la Investigación Científica, Tecnos, 19662.Una visión <strong>de</strong> lo que se hizo en Latinoamérica a principios <strong>de</strong>l siglo XX en:Gans, R. y Pereyra Mingez., Refrengibilidad <strong>de</strong> luz <strong>de</strong> poca intensidad, Contribución alEstudio <strong>de</strong> la Ciencias Físicas y Matemáticas, La Plata, 1916.


Un resumen sobre el estado actual <strong>de</strong> la cosmología en:Kittl, P. Cosmología Universo Global : Mo<strong>de</strong>los y Datos experimentales, Ciencia Abierta2000, http://www.cec.uchile.cl/~cabierta/revista/lo/educacion/educacion4.html

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