La
última vez que tuvimos tiempo de dejar algo escrito hablábamos de la naturaleza
de la materia, acabamos el artículo
prometiendo hablar un poco de la mecánica cuántica, esta vez y sin querer
sentar un precedente vamos a cumplir con lo dicho.
La descripción
cuántica de la materia no surge de la noche a la mañana, de hecho antes de
llegar a una descripción más o menos parecida a la actual debieron pasar muchas
cosas que pusieron a los científicos de
la época en la necesidad de buscar una descripción más correcta que la que era
capaz de dar la mecánica clásica y que desde luego no tiene nada que ver con
métodos de sanación, controles mentales ni chorradas de ese estilo.
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| Radiación del cuerpo negro en función de la longitud de onda incidente |
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| Max Planck |
Otro
de los antecedentes que llevó al desarrollo de esta nueva Teoría fue el
establecimiento por parte de De Broglie de la Dualidad Onda Corpúsculo. Hacía tiempo que se conocía que la luz
presentaba comportamientos más propios de un corpúsculo (reflexión, refracción) que podían explicarse
de forma más fácil si la luz se consideraba un tren de partículas (descripción
Newtoniana) que si se la consideraba una onda(descripción de Huygens), durante
mucho tiempo predominó la Teoría de Newton, pero el descubrimiento de los
fenómenos de difracción en el siglo 19 llevaron a la recuperación de la Teoría
ondulatoria de Huygens y la “guerra” continuó hasta finales de siglo.
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| Efecto fotoeléctrico |
En
esa misma época (1905) Albert Einstein realiza la aportación que le valdrá el
premio Nobel de física en 1921, explica el fenómeno del Efecto fotoeléctrico
basándose en la hipótesis de Planck e interpreta el fenómeno como la
interacción entre las partículas que forman la luz (fotones) y el metal, los
fotones sólo pueden portar una cantidad de energía denominada cuanto y determinada
por la frecuencia de la luz incidente sobre el metal, o lo que es lo mismo “la
materia no absorbe ni transmite energía de forma continua, sino en forma de
pequeños paquetes o cuantos de un valor determinado, es decir el intercambio de
energía está cuantizado”. Las implicaciones de esta afirmación son que los
estados energéticos que puede adoptar una partícula no son infinitos, sino que
sólo hay unos pocos estados permitidos que un átomo o molécula puede adquirir.
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| De Broglie |
De
Broglie extendió la explicación de Einstein a toda la materia, extendiendo la
naturaleza ondulatoria a la materia, de
la misma forma que Einstein extendió la Teoría corpuscular a la luz. Se planteó
que podía haber una onda asociada a cualquier partícula material que estuviese
en movimiento, aunque esta onda era demasiado pequeña (longitud de onda) para
tener interés en el caso de un partícula macroscópica, pero en el caso de una
partícula subatómica la onda resulta tener una longitud de onda apreciable.
Todo esto constituyó la Dualidad onda-corpúsculo y sentó otra de las bases para
la posterior descripción que la Mecánica Cuántica hará del universo
microscópico. En 1927 una experiencia de laboratorio demuestra la posibilidad
que poseen los electrones de difractarse (comportamiento claramente
ondulatorio) y apoya por tanto la Hipótesis de De Broglie.
Por
tanto hemos llegado a un punto en el que podemos cuestionarnos ¿cuál es la
naturaleza real de la materia?, ¿ondulatoria?, ¿corpuscular? La respuesta más
correcta sería: ni la una ni la otra y las dos aunque no a la vez, es decir,
determinados fenómenos que pueden ser analizados y explicados utilizando la
naturaleza corpuscular no pueden serlo usando la naturaleza ondulatoria de la
materia y viceversa.
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| Schröndinger |
En
la década de los años 20 un físico de origen austriaco Erwin Schröndinger se propone la tarea de diseñar una ecuación para la Onda de De Broglie que se
corresponda con la ecuación de la mecánica clásica de la partícula cuando el
objeto fuera de tamaño macroscópico, así nace la Ecuación de Schröndinger que
poco más tarde será interpretada por Max Born que asigna a la función de onda
(ecuación que describe la onda) una función de densidad de probabilidad (el
cuadrado de la función de onda de una partícula está relacionado con la
probabilidad de que esa partícula se encuentre en una zona del espacio
determinada) y la función de onda describe los posibles estados de la
partícula.
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| Heisemberg |
Por esta misma época Werner Heisemberg enuncia el Principio
de Incertidumbre según el cual no es posible determinar con exactitud la
posición y velocidad de una partícula lo que reafirma el papel de densidad de
probabilidad asignado a la función de onda.
A partir de aquí el desarrollo de estas ideas , la resolución
de la ecuación de onda para el átomo de hidrógeno implica la aparición de los primeros números cuánticos (n,l,m), el descubrimiento de las
funciones de onda de los distintos orbitales atómicos etc. contribuyen al
desarrollo de la mecánica cuántica actual, de la cual hablaremos en próximos artículos.
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| Orbitales atómicos que surgen de las distintas combinaciones de números cuánticos |
