¿Cuáles fueron las contribuciones e implicaciones en la ciencia y la cotidianidad de la sociedad, de la teoría cuántica y del principio de incertidumbre?

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN MONOGRÁFICO

Tema:

¿Cuáles fueron las contribuciones e implicaciones en la ciencia y la cotidianidad de la sociedad, de la teoría cuántica y del principio de incertidumbre?

1. Tema 

¿Cuáles fueron las contribuciones e implicaciones en la ciencia y la cotidianidad de la sociedad, de la teoría cuántica y del principio de incertidumbre?

1. Antecedentes

A principios del siglo XX muchos de los científicos pensaban que habían logrado descubrir la mayoría de los principios fundamentales de la naturaleza. Ellos tenían bien claras las leyes del movimiento de Isaac Newton  y aparentemente la mayoría de los problemas parecían ya estar descifrados (Hacyan, 2002). Sin embargo esto no era así, comenzando por Albert Einstein con su teoría de la relatividad que modifico la mecánica de Newton, desde ese entonces varios científicos se dieron cuenta de que todos los problemas de la naturaleza no estaban solucionados e incluso muchos supusieron que el conocimiento sobre la naturaleza estaba lejos de ser completo.

 A partir de esos sucesos se empezaron a enfocar en el campo de la mecánica cuántica ya que esta altero completamente los conceptos fundamentales de la física, empezando con Max Planck que en el año 1900 dispone que la radiación está cuantificada es decir que aparece en cantidades pequeñas (Hacyan, 2002), en base a esto, Albert Einstein propuso el fotón (un cuanto de luz) que sería una partícula (Hacyan, 2002), las demás teorías realizadas por Einstein dieron explicación a la curvatura del espacio tiempo, la equivalencia entre la masa y la energía, la dualidad onda partícula de los fotones y sobre todo la relatividad.

 Hans Geiger y Ernest Marsden sugirieron que “los átomos tienen un núcleo denso y pequeño que contiene carga positiva y que, de hecho, los electrones deberían determinar el tamaño del átomo” (Santangelo, 2017, p.26), Ernest Rutherford encontró los protones dentro del esquema del átomo en la cual:

En 1914 Niels Bohr se basó en Rutherford para formular la teoría de las orbitas cuantificadas, que en la mecánica cuántica consiste en que el número de electrones en cada orbita de un átomo aumenta desde el interior hacia el exterior. (Santangelo, 2017, p.28).

 Arthur Compton desarrolló estudios de los rayos X, esto llevo al cambio de la longitud de onda de la radiación electromagnética (Lucioni, 2014), el cual es un principio fundamental de la teoría cuántica. Louis de Broglie presento la dualidad onda corpúsculo una de las características de la mecánica cuántica, él se basó en los trabajos de Planck y Einstein. Se dice que Wolfgang Pauli es uno de los padres de la mecánica cuántica ya que el formuló el principio de exclusión, esto quiere decir que un en átomo dos electrones no pueden tener la misma energía, el mismo lugar o idénticos números cuánticos. (Mateos, Hernández, Espinoza, & Valera, 2016).

 Los aportes fundamentales, principalmente propuestos por Niels Bohr, Sommerfeld, Planck, Albert Einstein, Compton y de Broglie fueron los cimientos para asentar el escenario a Schrödinger para proponer la ecuación base que dio inicio a la Mecánica Ondulatoria o Mecánica Cuántica (Lucioni, 2014, p.1).

 Erwin Schrödinger mostró lo que significaba la mecánica cuántica con su experimento o paradoja el gato de Schrödinger y por ultimo concluimos con Werner Heisenberg ya que él es el principal científico de todo este trabajo monográfico por formular el principio de incertidumbre, este principio afirma que es imposible medir a la vez dos cosas de una partícula, es decir si conocemos la velocidad o el tiempo no conocemos la posición o energía de esa partícula(Hacyan, 2002), esta teoría fue una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica.

1. Justificación

La principal razón por la que hago mi monografía sobre la mecánica cuántica y el principio de incertidumbre es por la rareza de estas teorías empezando con:

La mecánica cuántica que tiene que ver mucho con el azar o la probabilidad ya que a esta, nuestros sentidos no la pueden percibir, me interesa mucho saber por qué está llena de misterios y efectos absolutamente sorprendentes y alucinantes ya que esta teoría todavía sigue siendo estudiada por la cantidad de contradicciones que contiene, pero a la vez estas contradicciones son muy acertadas en el mundo cuántico porque nuestra naturaleza es mucho más extraña de lo que uno se imagina sobre todo porque el mundo microscópico es muy diferente al mundo macroscópico.

El principio de incertidumbre es genial me parece algo muy fuera de lo común empezando por lo que más me interesa de este principio, que es el por qué a una partícula no se le puede calcular a la vez su posición y su velocidad, si se supone que a cualquier cosa en el mundo macroscópico se lo puede calcular a la misma vez porqué en el mundo microscópico no se lo puede hacer, otra interrogante que tengo es por qué un electrón puede estar en todos los lugares al mismo tiempo cuando no es observado y por qué cuando una persona lo observa se queda estático y lo ve en una sola posición estas son apenas dos de las tantas interrogantes que tengo sobre este principio y mediante esta monografía voy a encontrar respuestas a ellas y a la vez adquirir el conocimiento sobre toda esta maravilla que existe en el universo.

1. Objetivo 

Comprobar la influencia de la teoría cuántica y del principio de incertidumbre en la época de su publicación y en la actualidad mediante la investigación bibliográfica, documental y virtual, para demostrar su importancia y vigencia.

1. Desarrollo del trabajo

1. La Mecánica Cuántica

1. Introducción de la mecánica cuántica

En la mecánica cuántica todo empezó con el descubrimiento del electrón y del protón ya que estos son los principales componentes para el desarrollo de la misma (mecánica cuántica), Max Planck fue el responsable de crear la constante de Planck que más después sería muy importante en el campo de la cuántica.

La mecánica cuántica sustituyó a la mecánica clásica de Isaac Newton aunque esta “en la segunda mitad del siglo XIX, proporcionaba un marco totalmente satisfactorio para la comprensión del mundo macroscópico” (Bombal, 1999, p. 1), como la mecánica clásica de Newton no pudo satisfacer las necesidades del mundo microscópico como lo hacía con el mundo macroscópico algunos científicos como Planck y Einstein empezaron a realizar experimentos mucho más afondo.

Entonces comenzaron a surgir discrepancias con las predicciones proporcionadas por la Física clásica, que motivaron una profunda revisión de sus fundamentos, dando origen a las dos grandes teorías físicas de este siglo: la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica. (Bombal, 1999, p. 1-2).

Fluyeron muchas interrogantes a partir de la creación de la mecánica cuántica y como es el caso de Erwin Schrödinger que la aplicó al estudio del átomo en todas sus posibles transformaciones dando lugar a lo siguiente: “desaparecen las órbitas deterministas de los primeros modelos atómicos y se sustituyen por las expresiones de probabilidad o funciones onda ideadas por Erwin Schrödinger” (Greca & Herscovitz, 2002, p. 12), gracias a estos estudios se dio a conocer el famoso principio de incertidumbre que en si dice que a una partícula no se le pueden conocer dos magnitudes a la misma vez, aquí entra la famosa constante de Planck ya que con ella se pretende medir las magnitudes.

El alemán Werner Heisenberg fue quien resolvió el problema de determinar la naturaleza de la onda asociada al electrón con una interpretación probabilística, según el llamado principio de incertidumbre. Según este resultado, el producto de las incertidumbres o imprecisiones con que se conocen dos magnitudes asociadas, es decir, parejas de magnitudes en las que ocurre que cuanto mejor se pretende medir una más imprecisa queda la otra, resulta ser del orden de la magnitud de la constante de Planck.( (Greca & Herscovitz, 2002, p. 15).

En este punto surgen muchas investigaciones más a fondo de la mecánica cuántica, muchos más experimentos como es el caso del gato de Schrödinger que explica el comportamiento de una partícula, desarrollando todo esto la mecánica cuántica no sólo eliminó las grandes dificultades que presentaba la física clásica al no poder conseguir entender el mundo microscópico a su manera, sino que permitió también resolver nuevos problemas, tales como la interpretación y el comportamiento de las partículas en todo su esplendor.

Hasta la actualidad se siguen haciendo investigaciones sobre este campo ya que es muy amplio y tiene tantos misterios dentro del mismo, tanto así que se podría decir que algunos son impredecibles y no se sabe a ciencia cierta lo que contienen.

1. Indeterminismo cuántico

La física cuántica estudia los fenómenos físicos a escala microscópica, estos fenómenos están muy lejos del alcance de nuestra observación. Además, la conexión entre la parte matemática de la física cuántica y los resultados experimentales es también muy indirecta. Como si esto fuera poco, diversos experimentos que manifiestan el indeterminismo cuántico desafían el sentido común. Por ejemplo, los electrones se comportan unas veces como ondas y otras como partículas, también pueden estar en lugares diferentes a la misma vez siempre y cuando tú no las estés observando.

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