Este é un dos 1000 artigos que toda Wikipedia debería ter

Mecánica cuántica

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Saltar ata a navegación Saltar á procura

Fig. 1: A función de onda dun electrón dun átomo de hidróxeno ten niveis de enerxía definidos e discretos ós que se lle asigna un número cuántico n=1,2,3,... e valores definidos de momento angular caracterizados pola notación: s, p, d,... As áreas brillantes da figura corresponden a elevadas densidades de probabilidade de atopar o electrón nesa posición.

A mecánica cuántica é a parte da física (máis particularmente, da física moderna) que estuda o movemento das partículas moi pequenas. O concepto de partícula "moito pequena", mesmo que de límites moi imprecisos, relaciónase coas dimensións nas cales se comezan a notar efectos como a imposibilidade de coñecer con exactitude infinita e ao mesmo tempo a posición e mais a velocidade dunha partícula (vexa Principio da incerteza de Heisenberg), entre outras. A ditos efectos chámase "efectos cuánticos". Así, a Mecánica Cuántica é a que describe o movemento de sistemas nos cales os efectos cuánticos son relevantes. Experimentos mostran que estes son relevantes en escalas de ata 1000 átomos. Entre tanto, existen situacións onde mesmo en escalas macroscópicas, os efectos cuánticos se fan sentir de forma manifestamente clara, como nos casos da supercondutividade e da superfluidez. A escala que regula en xeral a manifestación dos efectos cuánticos é o raio de Bohr.

Principios da Mecánica Cuántica[editar | editar a fonte]

  • Primeiro principio: Principio da superposición

Para cada sistema físico asóciase un espazo de Hilbert . O estado do sistema defínese en cada instante por un vector normado de .

  • Segundo Principio: medida de magnitudes físicas

a) Para toda magnitude física A asóciase un operador lineal auto-adxunto Á pertencente a : Á é o observábel representando a magnitude A.

b) Sexa o estado no cal o sistema se atopa no momento onde efectuamos a medida de A. Calquera que sexa , os únicos resultados posíbeis son os autovalores de do observábel Á.

c) Sendo o proxector sobre o subespazo asociado ao valor propio , a probablidade de atopar o valor nunha medida de A é:

onde

d) Inmediatamente despois dun medida de A, que resultou no valor , o novo estado do sistema é

  • Terceiro Principio: Evolución do sistema

Sexa o estado dun sistema ao instante t. Se o sistema non se somete a ningunha observación, a súa evolución ao longo do tempo réxese pola ecuación de Schrödinger:

onde é o observábel enerxía, ou hamiltoneana do sistema.

Conclusións da Mecánica Cuántica[editar | editar a fonte]

As conclusións máis importantes desta teoría son:

  • En estados ligados, como o electrón xirando ao redor dun átomo, a enerxía non se troca de modo continuo, mais si en de modo discreto (descontinuo), en transicións cuxas enerxías poden ou non ser iguais unhas ás outras. A idea de que estados ligados teñen niveis de enerxías discretas é debida a Max Planck.
  • O de ser imposíbel atribuír ao mesmo tempo unha posición e unha velocidade exactas a unha partícula, renunciándose así ao concepto de traxectoria, vital en Mecánica Clásica. Ao contrario da traxectoria, o movemento de partículas en Mecánica Cuántica é descrito por medio dunha función de onda, que é unha función da posición da partícula e do tempo. A función de onda interprétase por Max Born como unha medida da probabilidade de se atopar a partícula en determinada posición e en determinado tempo. Esta interpretación é a máis acepta polos físicos hoxe, no conxunto de atribucións da Mecánica Cuántica regulamentados pola Escola de Copenhaguen. Para describir a dinámica dun sistema cuántico débese, polo tanto, achar a súa función de onda, e para este efecto úsanse as ecuacións de movemento, propostas por Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger independentemente.

Aínda que a estrutura formal estea ben desenvolta desde a década de 1930, non pasa o mesmo coa súa interpretación, que segue a ser obxecto dalgunhas controversias, a principal é o problema da medida en Mecánica Cuántica e a súa relación coa non-localidade e causalidade. Xa en 1935, Einstein, Podolski e Rosen publicaron o seu G, mostrando unha aparente contradición entre localidade e o proceso de Medida en Mecánica Cuántica. Nos anos 60 J. S. Bell publicou unha serie de relacións que serían respectadas caso a localidade — ou polo menos como a entendemos clasicamente — aínda persistise en sistemas cuánticos. Tales condicións chámanse desigualdades de Bell e testáronse experimentalmente por A. Aspect, P. Grangier, J. Dalibard en favor da Mecánica Cuántica. Como sería de se esperar, tal interpretación aínda causa desconforto entre varios físicos, mais a gran parte da comunidade acepta que estados correlacionados poden violar causalidade desta forma.

Tal revisión radical do noso concepto de realidade fundamentouse en explicacións teóricas brillantes para resultados experimentais que non podían ser descritos pola teoría Clásica, que inclúen:

  • Espectro de Radiación do Corpo negro, resolvido por Max Planck coa proposición da cuantización da enerxía.
  • Explicación do experimento da dupla fenda, no cal electróns producen un padrón de interferencia coincidente co comportamento ondular.
  • Explicación por Albert Einstein do efecto fotoeléctrico descuberto por Heinrich Rudolf Hertz, onde propón que a luz tamén se propaga en quanta (paquetes de enerxía definida), os chamados fotóns.
  • O Efecto Compton, no cal se propón que os fotóns poden se comportar como partículas, cando a súa enerxía for grande o bastante.
  • A cuestión da calor específica de sólidos baixo baixas temperaturas, cuxa discrepancia explicouse polas teorías de Einstein e de Debye, baseadas na equipartición de enerxía segundo a interpretación cuantizada de Planck.
  • A absorción resoante e discreta de enerxía por gases, probada no experimento de Franck-Hertz cando sometidos a certos valores de diferenza de potencial eléctrico.
  • A explicación da estabilidade atómica e da natureza discreta das raias espectrais, grazas ao modelo do átomo de Bohr, que postulaba a cuantización dos niveis de enerxía do átomo.

O desenvolvemento formal da teoría foi obra de esforzos conxuntos de moitos físicos e matemáticos da época como Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Einstein, P.A.M. Dirac, Niels Bohr e John von Neumann, entre outros (dunha longa lista). En xeral, a rexión de orixe da Mecánica Cuántica pode localizarse na Europa Central, na Alemaña e Austria, ben como a Inglaterra, e no contexto histórico do primeiro terzo do século XX.

Formalismos matemáticos na mecánica cuántica[editar | editar a fonte]

É importante resaltar que a mecánica cuántica, así como acontece coa mecánica clásica, pode presentarse (formalizarse) de xeitos distintos.

A mecánica clásica, por exemplo, pode ser descrita na linguaxe das forzas, que é a forma máis antiga, debida á Newton. Foi moito ben sucedida na explicación de varios fenómenos.

Máis tarde, o formalismo lagranxiano, onde o concepto máis importante non é a forza, mais a enerxía e acción, sendo que esta última é definida en termos da enerxía potencial e da enerxía cinética.

Despois, o formalismo hamiltoniano, baseado formalmente na lagranxiana, mais con desenvolvemento matemático moitas veces máis fácil.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Bibliografía[editar | editar a fonte]

  • Von Neumann, John. "Fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica". 2ª edición do clásico de 1932. CSIC, Madrid,1991. ISBN 84-00-07171-9.
  • Bernstein, Jeremy (2009). Quantum Leaps. Cambridge, Massachusetts: Belknap Press of Harvard University Press. ISBN 978-0-674-03541-6. 
  • Müller-Kirsten, H. J. W. (2012). Introduction to Quantum Mechanics: Schrödinger Equation and Path Integral (2nd ed.). World Scientific. ISBN 978-981-4397-74-2. 
  • Bohm, David (1989). Quantum Theory. Dover Publications. ISBN 0-486-65969-0. 
  • Eisberg, Robert; Resnick, Robert (1985). Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd ed.). Wiley. ISBN 0-471-87373-X. 
  • Liboff, Richard L. (2002). Introductory Quantum Mechanics. Addison-Wesley. ISBN 0-8053-8714-5. 
  • Merzbacher, Eugen (1998). Quantum Mechanics. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-88702-1. 
  • Sakurai, J. J. (1994). Modern Quantum Mechanics. Addison Wesley. ISBN 0-201-53929-2. 

Outros artigos[editar | editar a fonte]

  • Efecto túnel
  • Interpretacións da mecánica cuántica
  • Solitón

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]

Traído desde "https://gl.wikipedia.org/w/index.php?title=Mecánica_cuántica&oldid=4346428"