Postulados de Luis de Broglie

postulados de Luis de Broglie

En los comienzos de la física cuántica, cuando los físicos aún estudiaban la naturaleza corpuscular de la energía (léase fotones o paquetes de energía), el físico Louis de Broglie (Francia 1892-1987), postuló que no solo la energía tenia doble naturaleza sino también toda la materia conocida.

De Broglie sostuvo que el movimiento de una partícula era gobernado por unas ondas guías, debido a las cuales las partículas podían presentar naturaleza ondulatoria o corpuscular, la cual podía ser apreciado dependiendo del experimento que se usaba.

Si a las partículas materiales se les asocia una onda, surge la pregunta: ya que una onda está distribuida espacialmente, ¿En dónde está ubicada la partícula?

En el experimento de rendijas y electrones al iluminar los electrones el comportamiento ondulatorio se perdía: el patrón de interferencia se destruye y la partícula es como en mecánica clásica.

Pero sí se disminuía la frecuencia de la luz que ilumina los electrones, el patrón de interferencia se recuperaba, es decir, los electrones se comportaban como ondas de longitud de onda l=h/P (según De Broglie), sin embargo, la trayectoria de los electrones se desconocía: no se sabe en donde están los electrones. Entonces:

1. Si se conoce la posición de la partícula material x, no se conoce su momento P: l=h/P ó P=h/l (l=?).

2. Si se conoce el momento P del electrón, se le asocia una longitud de onda l=h/p, pero no se sabe en donde está (x=?).

3. A medida que se vaeterminando con mayor exactitud la posición x de la partícula material, se va perdiendo exactitud en el conocimiento de P y viceversa.

Muchos físicos clásicos no estaban preparados para asumir esta doble personalidad de la materia. Muchos de ellos argumentaron en contra ya que dicha naturaleza ambivalente no era notoria en la física macroscópica.

Sin embargo, experimentos posteriores, como la difracción de electrones, de neutrones, y otros terminaron dándole la razón a De Broglie, el cual recibió el premio Nobel en 1929 por su contribución al entendimiento de los fenómenos de la física microscópica.

Heisenberg había presentado su propio modelo de átomo renunciando a todo intento de describir el átomo como un compuesto de partículas y ondas. Pensó que estaba condenado al fracaso cualquier intento de establecer analogías entre la estructura atómica y la estructura del mundo. Prefirió describir los niveles de energía u órbitas de electrones en términos numéricos puros, sin la menor traza de esquemas. Como quiera que usó un artificio matemático denominado "matriz" para manipular sus números, el sistema se denominó "mecánica de matriz".

Heisenberg recibió el premio Nobel de Física en 1932 por sus aportaciones a la mecánica ondulatoria de Schrödinger, pues esta última pareció tan útil como las abstracciones de Heisenberg, y siempre es difícil, incluso para un físico, desistir de representar gráficamente las propias ideas.

Una vez presentada la mecánica matriz (para dar otrosalto atrás en el tiempo) Heisenberg pasó a considerar un segundo problema: cómo describir la posición de la partícula. ¿Cuál es el procedimiento indicado para determinar dónde está una partícula? La respuesta obvia es ésta: observarla. Pues bien, imaginemos un microscopio que pueda hacer visible un electrón. Si lo queremos ver debemos proyectar una luz o alguna especie de radiación apropiada sobre él. Pero un electrón es tan pequeño, que bastaría un solo fotón de luz para hacerle cambiar de posición apenas lo tocara. Y en el preciso instante de medir su posición, alteraríamos ésta.

Aquí nuestro artificio medidor es por lo menos tan grande como el objeto que medimos; y no existe ningún agente medidor más pequeño que el electrón. En consecuencia, nuestra medición debe surtir, sin duda, un efecto nada desdeñable, un efecto más bien decisivo en el objeto medido. Podríamos detener el electrón y determinar así su posición en un momento dado. Pero si lo hiciéramos, no sabríamos cuál es su movimiento ni su velocidad. Por otra parte, podríamos gobernar su velocidad, pero entonces no podríamos fijar su posición en un momento dado.

Heisenberg demostró que no nos será posible idear un método para localizar la posición de la partícula subatómica mientras no estemos dispuestos a aceptar la incertidumbre absoluta respecto a su posición exacta. Es un imposible calcular ambos datos con exactitud al mismo tiempo.

Siendo así, no podrá haber una ausencia completa de energía ni en el cero absoluto siquiera. Si la energía alcanzara el punto cero y las partículas quedaran totalmente inmóviles, sólo sería necesario determinar su posición, puesto que la velocidad equivaldría a cero. Por tanto, sería de esperar que subsistiera alguna "energía residual del punto cero", incluso en el cero absoluto, para mantener las partículas en movimiento y también, por así decirlo, nuestra incertidumbre. Esa energía "punto cero" es lo que no se puede eliminar, lo que basta para mantener liquido el helio incluso en el cero absoluto.

En 1930, Einstein demostró que el principio de incertidumbre (donde se afirma la imposibilidad de reducir el error en la posición sin incrementar el error en el momento) implicaba también la imposibilidad de reducir el error en la medición de energía sin acrecentar la incertidumbre del tiempo durante el cual se toma la medida. Él creyó poder utilizar esta tesis como trampolín para refutar el principio de incertidumbre, pero Bohr procedió a demostrar que la refutación tentativa de Einstein era errónea.

A decir verdad, la versión de la incertidumbre, según Einstein, resultó ser muy útil, pues significó que en un proceso subatómico se podía violar durante breves lapsos la ley sobre conservación de energía siempre y cuando se hiciese volver todo alestado de conservación cuando concluyesen esos períodos: cuanto mayor sea la desviación de la conservación, tanto más breves serán los intervalos de tiempo tolerables. Yukawa aprovechó esta noción para elaborar su teoría de los piones. Inclusoposibilitó la elucidación de ciertos fenómenos subatómicos presuponiendo que las partículas nacían de la nada como un reto a la energía de conservación, pero se extinguían antes del tiempo asignado a su detección, por lo cual eran sólo "partículas virtuales". Hacia fines de la década 1940-1950, tres hombres elaboraron la teoría sobre esas partículas virtuales: fueron los físicos norteamericanos Julian Schwinger y Richard Phillips Feynman y el físico japonés Sin-itiro Tomonaga.

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