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Articulo de referencia

Introducción a la mecánica cuántica

La mecánica cuántica es el estudio de la materia y sus interacciones con la energía a escala de partículas atómicas y subatómicas . Por el contrario, la física clásica explica l...

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La mecánica cuántica es el estudio de la materia y sus interacciones con la energía a escala de partículas atómicas y subatómicas . Por el contrario, la física clásica explica la materia y la energía solo a una escala familiar para la experiencia humana, incluyendo el comportamiento de cuerpos astronómicos como la Luna. La física clásica todavía se utiliza en gran parte de la ciencia y la tecnología modernas. Sin embargo, hacia finales del siglo XIX, los científicos descubrieron fenómenos tanto en el mundo macroscópico (grande ) como en el microscópico (pequeño ) que la física clásica no podía explicar. [ 1 ] El deseo de resolver las inconsistencias entre los fenómenos observados y la teoría clásica condujo a una revolución en la física, un cambio en el paradigma científico original : [ 2 ] el desarrollo de la mecánica cuántica .

Muchos aspectos de la mecánica cuántica producen resultados inesperados, desafiando las expectativas y considerándose contraintuitivos. [ 3 ] Estos aspectos pueden parecer paradójicos , ya que describen comportamientos muy diferentes a los observados a escalas mayores. En palabras del físico cuántico Richard Feynman , la mecánica cuántica trata con "la naturaleza tal como es: absurda". [ 4 ] Las características de la mecánica cuántica a menudo desafían las explicaciones simples en el lenguaje cotidiano. Un ejemplo de esto es el principio de incertidumbre : las mediciones precisas de posición no se pueden combinar con mediciones precisas de velocidad. Otro ejemplo es el entrelazamiento : una medición realizada en una partícula (como un electrón con espín " hacia arriba") se correlacionará con una medición en una segunda partícula (un electrón con espín "hacia abajo") si ambas partículas tienen una historia compartida. Esto se aplica incluso si es imposible que el resultado de la primera medición se haya transmitido a la segunda partícula antes de que se realice la segunda medición.

La mecánica cuántica ayuda a comprender la química porque explica cómo interactúan los átomos entre sí y forman moléculas . Muchos fenómenos notables pueden explicarse mediante la mecánica cuántica, como la superfluidez . Por ejemplo, si se coloca helio líquido enfriado a una temperatura cercana al cero absoluto en un recipiente, fluye espontáneamente hacia arriba y sobrepasa el borde del recipiente; este es un efecto que no puede explicarse mediante la física clásica.

Historia

La unificación de las ecuaciones que rigen la electricidad, el magnetismo y la luz por parte de James C. Maxwell a finales del siglo XIX condujo a experimentos sobre la interacción entre la luz y la materia. Algunos de estos experimentos presentaban aspectos que no pudieron explicarse hasta que surgió la mecánica cuántica a principios del siglo XX. [ 5 ]

Evidencia de cuantos a partir del efecto fotoeléctrico

Las semillas de la revolución cuántica aparecen en el descubrimiento de J.J. Thomson en 1897 de que los rayos catódicos no eran continuos, sino "corpúsculos" ( electrones ). Los electrones habían sido nombrados tan solo seis años antes como parte de la incipiente teoría atómica . En 1900, Max Planck , poco convencido por la teoría atómica , descubrió que necesitaba entidades discretas como átomos o electrones para explicar la radiación del cuerpo negro . [ 6 ]

Intensidad de la radiación de cuerpo negro en función del color y la temperatura. La barra de arcoíris representa la luz visible; los objetos a 5000 K se encuentran al rojo vivo debido a la mezcla de diferentes colores de la luz visible. A la derecha se muestra la radiación infrarroja invisible. La teoría clásica (curva negra para 5000 K) no logra predecir los colores; las teorías cuánticas predicen correctamente las demás curvas.

Los objetos muy calientes —al rojo vivo o al blanco— se ven similares cuando se calientan a la misma temperatura. Esta apariencia se debe a una curva común de intensidad de la luz en diferentes frecuencias (colores), lo que se conoce como radiación de cuerpo negro. Los objetos al blanco presentan intensidad en muchos colores del espectro visible. Las frecuencias más bajas por encima de los colores visibles corresponden a la luz infrarroja , que también emite calor. Las teorías de onda continua de la luz y la materia no pueden explicar la curva de radiación de cuerpo negro. Planck distribuyó la energía térmica entre "osciladores" individuales de naturaleza indefinida, pero con capacidad energética discreta; este modelo explicaba la radiación de cuerpo negro.

En aquel entonces, los electrones, los átomos y los osciladores discretos eran ideas exóticas para explicar fenómenos exóticos. Pero en 1905, Albert Einstein propuso que la luz también era corpuscular, compuesta de "cuantos de energía", en contradicción con la ciencia establecida de la luz como una onda continua, que se remontaba a cien años atrás, al trabajo de Thomas Young sobre la difracción .

La revolucionaria propuesta de Einstein comenzó con un nuevo análisis de la teoría del cuerpo negro de Planck, llegando a las mismas conclusiones mediante el uso de los nuevos "cuantos de energía". Einstein demostró entonces cómo los cuantos de energía se relacionaban con el electrón de Thomson. En 1902, Philipp Lenard dirigió la luz de una lámpara de arco hacia placas metálicas recién limpias, alojadas en un tubo de vidrio al vacío. Midió la corriente eléctrica que salía de la placa metálica a diferentes intensidades de luz y para distintos metales. Lenard demostró que la cantidad de corriente —el número de electrones— dependía de la intensidad de la luz, pero que la velocidad de estos electrones no dependía de ella. Este es el efecto fotoeléctrico . Las teorías de onda continua de la época predecían que una mayor intensidad de luz aceleraría la misma cantidad de corriente a una mayor velocidad, lo cual contradecía este experimento. Los cuantos de energía de Einstein explicaban el aumento de volumen: se expulsa un electrón por cada cuanto; a mayor cantidad de cuantos, mayor cantidad de electrones. [ 6 ] : 23

Einstein predijo entonces que la velocidad del electrón aumentaría en proporción directa a la frecuencia de la luz por encima de un valor fijo que dependía del metal. La idea es que la energía en cuantos depende de la frecuencia de la luz; la energía transferida al electrón es proporcional a dicha frecuencia. El tipo de metal impone una barrera , un valor fijo, que los electrones deben superar para salir de sus átomos, ser emitidos desde la superficie del metal y ser medidos.

Transcurrieron diez años antes de que el experimento definitivo de Millikan [ 7 ] verificara la predicción de Einstein. Durante ese tiempo, muchos científicos rechazaron la revolucionaria idea de los cuantos. [ 8 ] Pero el concepto de Planck y Einstein ya estaba en el aire y pronto comenzó a influir en otras ramas de la física y en las teorías cuánticas.

Cuantización de electrones ligados en átomos

Los experimentos con luz y materia a finales del siglo XIX revelaron una regularidad reproducible pero desconcertante. Al hacer pasar luz a través de gases purificados, ciertas frecuencias (colores) no se transmitían. Estas "líneas" de absorción oscura seguían un patrón distintivo: los espacios entre las líneas disminuían progresivamente. En 1889, la fórmula de Rydberg predijo las líneas para el hidrógeno gaseoso utilizando únicamente una constante y los números enteros para indexarlas. [ 5 ] : v1:376 El origen de esta regularidad era desconocido. Resolver este misterio se convertiría, con el tiempo, en el primer paso importante hacia la mecánica cuántica.

A lo largo del siglo XIX, se acumularon pruebas de la naturaleza atómica de la materia. Con el descubrimiento del electrón por Thomson en 1897, los científicos comenzaron la búsqueda de un modelo del interior del átomo. Thomson propuso que los electrones negativos nadaban en una masa de carga positiva . Entre 1908 y 1911, Rutherford demostró que la parte positiva era solo 1/3000 del diámetro del átomo. [ 6 ] : 26

Se propusieron modelos de electrones "planetarios" orbitando un "Sol" nuclear, pero no pueden explicar por qué el electrón no cae simplemente en la carga positiva. En 1913, Niels Bohr y Ernest Rutherford vincularon los nuevos modelos atómicos con el misterio de la fórmula de Rydberg: el radio orbital de los electrones estaba restringido y las diferencias de energía resultantes coincidían con las diferencias de energía en las líneas de absorción. Esto significaba que la absorción y emisión de luz de los átomos estaban cuantizadas energéticamente: solo se emitirían o absorberían energías específicas que coincidieran con la diferencia de energía orbital. [ 6 ] : 31

Sustituir un misterio —el patrón regular de la fórmula de Rydberg— por otro —las restricciones en las órbitas electrónicas— podría no parecer un gran avance, pero el nuevo modelo atómico resumió muchos otros hallazgos experimentales. La cuantización del efecto fotoeléctrico y ahora la cuantización de las órbitas electrónicas preparan el terreno para la revolución final.

A lo largo de la primera y la era moderna de la mecánica cuántica, el concepto de que la mecánica clásica debe ser válida macroscópicamente restringió los posibles modelos cuánticos. Este concepto fue formalizado por Bohr en 1923 como el principio de correspondencia . Requiere que la teoría cuántica converja a los límites clásicos. [ 9 ] : 29 Un concepto relacionado es el teorema de Ehrenfest , que muestra que los valores promedio obtenidos de la mecánica cuántica (por ejemplo, posición y momento) obedecen las leyes clásicas. [ 10 ]

Cuantización del espín

Experimento de Stern-Gerlach : Átomos de plata viajando a través de un campo magnético no homogéneo y desviándose hacia arriba o hacia abajo según su espín; (1) horno, (2) haz de átomos de plata, (3) campo magnético no homogéneo, (4) resultado clásicamente esperado, (5) resultado observado

En 1922, Otto Stern y Walther Gerlach demostraron que las propiedades magnéticas de los átomos de plata desafían la explicación clásica, trabajo que contribuyó al Premio Nobel de Física de Stern en 1943. Dispararon un haz de átomos de plata a través de un campo magnético. Según la física clásica, los átomos deberían haber emergido en una pulverización, con un rango continuo de direcciones. En cambio, el haz se separó en dos, y solo dos, corrientes divergentes de átomos. [ 11 ] A diferencia de otros efectos cuánticos conocidos en ese momento, este sorprendente resultado involucra el estado de un solo átomo. [ 5 ] : v2:130 En 1927, Thomas Erwin Phipps y John Bellamy Taylor obtuvieron un efecto similar, pero menos pronunciado, utilizando átomos de hidrógeno en su estado fundamental , eliminando así cualquier duda que pudiera haber sido causada por el uso de átomos de plata . [ 12 ]

En 1924, Wolfgang Pauli la denominó "bivalencia no descriptible clásicamente" y la asoció con los electrones de la capa más externa. [ 13 ] Los experimentos llevaron a la formulación de su teoría, descrita como derivada del espín del electrón en 1925 por Samuel Goudsmit y George Uhlenbeck , bajo el asesoramiento de Paul Ehrenfest . [ 14 ]

Cuantización de la materia

En 1924, Louis de Broglie propuso [ 15 ] que los electrones en un átomo no están confinados en "órbitas", sino como ondas estacionarias. En detalle, su solución no funcionó, pero su hipótesis —que el "corpúsculo" de electrones se mueve en el átomo como una onda— impulsó a Erwin Schrödinger a desarrollar una ecuación de onda para los electrones; al aplicarla al hidrógeno, la fórmula de Rydberg se reprodujo con precisión. [ 6 ] : 65

Ejemplo de fotografía original de difracción de electrones del laboratorio de GP Thomson, registrada entre 1925 y 1927.

El artículo de Max Born de 1924, "Zur Quantenmechanik", fue la primera vez que se utilizaron las palabras "mecánica cuántica" en una publicación impresa. [ 16 ] [ 17 ] Su trabajo posterior incluyó el desarrollo de modelos de colisión cuántica; en una nota al pie de un artículo de 1926 propuso la regla de Born que conecta los modelos teóricos con el experimento. [ 18 ]

En 1927, en los Laboratorios Bell, Clinton Davisson y Lester Germer dispararon electrones de movimiento lento contra un blanco de níquel cristalino que mostró un patrón de difracción [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] que indicaba la naturaleza ondulatoria del electrón, cuya teoría fue explicada completamente por Hans Bethe . [ 23 ] Un experimento similar realizado por George Paget Thomson y Alexander Reid, disparando electrones contra láminas delgadas de celuloide y posteriormente películas metálicas, observando anillos, descubrió de forma independiente la naturaleza ondulatoria de la materia de los electrones. [ 24 ]

Nuevos desarrollos

En 1928, Paul Dirac publicó su ecuación de onda relativista que incorporaba simultáneamente la relatividad , predecía la antimateria y proporcionaba una teoría completa para el resultado de Stern-Gerlach. [ 6 ] : 131 Estos éxitos impulsaron una nueva comprensión fundamental de nuestro mundo a pequeña escala: la mecánica cuántica .

Planck y Einstein iniciaron la revolución con los cuantos, que rompieron con los modelos continuos de materia y luz. Veinte años después, partículas como los electrones pasaron a modelarse como ondas continuas. Este resultado se conoció como la dualidad onda-partícula, una idea emblemática, junto con el principio de incertidumbre, que distingue a la mecánica cuántica de los modelos físicos más antiguos.

Radiación cuántica, campos cuánticos

En 1923, Compton demostró que los cuantos de energía de Planck-Einstein de la luz también tenían momento; tres años después, los "cuantos de energía" recibieron un nuevo nombre: " fotón ". [ 25 ] A pesar de su papel en casi todas las etapas de la revolución cuántica, no existía un modelo explícito para los cuantos de luz hasta 1927, cuando Paul Dirac comenzó a trabajar en una teoría cuántica de la radiación [ 26 ] que se convirtió en la electrodinámica cuántica . Durante las décadas siguientes, este trabajo evolucionó hasta convertirse en la teoría cuántica de campos , la base de la óptica cuántica moderna y la física de partículas .

Dualidad onda-partícula

El concepto de dualidad onda-partícula afirma que ni el concepto clásico de "partícula" ni el de "onda" pueden describir completamente el comportamiento de los objetos a escala cuántica, ya sean fotones o materia. La dualidad onda-partícula es un ejemplo del principio de complementariedad en física cuántica. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] Un ejemplo elegante de dualidad onda-partícula es el experimento de la doble rendija.

El patrón de difracción producido al hacer pasar luz a través de una rendija (arriba) y el patrón de interferencia producido por dos rendijas (abajo). Ambos patrones muestran oscilaciones debido a la naturaleza ondulatoria de la luz. El patrón de doble rendija es más pronunciado.
El experimento de la doble rendija para una partícula clásica, una onda y una partícula cuántica que demuestra la dualidad onda-partícula.

En el experimento de la doble rendija, realizado originalmente por Thomas Young en 1803 [ 32 ] y posteriormente por Augustin Fresnel una década después [ 32 ] , un haz de luz se dirige a través de dos rendijas estrechas y muy próximas entre sí, produciendo un patrón de interferencia de bandas claras y oscuras en una pantalla. Este mismo comportamiento puede observarse en las olas del agua: el experimento de la doble rendija se consideró una demostración de la naturaleza ondulatoria de la luz.

Se han realizado variaciones del experimento de la doble rendija utilizando electrones, átomos e incluso moléculas grandes, [ 33 ] [ 34 ] y se observa el mismo tipo de patrón de interferencia. De este modo, se ha demostrado que toda la materia posee características ondulatorias.

Si se reduce la intensidad de la fuente, el mismo patrón de interferencia se irá acumulando lentamente, una partícula (por ejemplo, un fotón o un electrón) a la vez. El sistema cuántico se comporta como una onda al pasar por las rendijas dobles, pero como una partícula al ser detectado. Esta es una característica típica de la complementariedad cuántica: un sistema cuántico se comporta como una onda en un experimento para medir sus propiedades ondulatorias, y como una partícula en un experimento para medir sus propiedades corpusculares. El punto en la pantalla del detector donde aparece cualquier partícula individual es el resultado de un proceso aleatorio. Sin embargo, el patrón de distribución de muchas partículas individuales imita el patrón de difracción producido por las ondas.

Principio de incertidumbre

Werner Heisenberg a los 26 años. Heisenberg ganó el Premio Nobel de Física en 1932 por el trabajo que realizó a finales de la década de 1920. [ 35 ]

Supongamos que se desea medir la posición y la velocidad de un objeto, por ejemplo, un automóvil que pasa por un radar de velocidad. Se puede asumir que el automóvil tiene una posición y una velocidad definidas en un momento dado. La precisión con la que se pueden medir estos valores depende de la calidad del equipo de medición. Si se mejora la precisión del equipo, se obtiene un resultado más cercano al valor real. Podría suponerse que la velocidad y la posición del automóvil podrían definirse y medirse simultáneamente con la precisión deseada.

En 1927, Heisenberg demostró que esta última suposición no es correcta. [ 36 ] La mecánica cuántica muestra que ciertos pares de propiedades físicas, por ejemplo, la posición y la velocidad, no pueden medirse simultáneamente ni definirse en términos operacionales con precisión arbitraria: cuanto más precisamente se mida o defina una propiedad en términos operacionales, menos precisamente se podrá tratar la otra. Esta afirmación se conoce como el principio de incertidumbre . El principio de incertidumbre no solo se refiere a la precisión de nuestros instrumentos de medición, sino que, más profundamente, trata sobre la naturaleza conceptual de las magnitudes medidas: la suposición de que el automóvil tenía posición y velocidad definidas simultáneamente no funciona en mecánica cuántica. A escala de automóviles y personas, estas incertidumbres son insignificantes, pero cuando se trata de átomos y electrones, se vuelven críticas. [ 37 ]

Heisenberg dio, a modo de ejemplo, la medición de la posición y el momento de un electrón utilizando un fotón de luz. Al medir la posición del electrón, cuanto mayor sea la frecuencia del fotón, más precisa será la medición de la posición del impacto del fotón con el electrón, pero mayor será la perturbación del electrón. Esto se debe a que, tras el impacto con el fotón, el electrón absorbe una cantidad aleatoria de energía, lo que hace que la medición obtenida de su momento sea cada vez más incierta, ya que necesariamente se mide su momento perturbado posterior al impacto, derivado de los productos de la colisión, y no su momento original (que debería medirse simultáneamente con la posición). Con un fotón de menor frecuencia, la perturbación (y por lo tanto la incertidumbre) en el momento es menor, pero también lo es la precisión de la medición de la posición del impacto. [ 38 ]

En esencia, el principio de incertidumbre se basa en el hecho de que, para cualquier análisis matemático en los dominios de posición y velocidad, obtener una curva más nítida (más precisa) en el dominio de posición solo es posible a expensas de una curva más gradual (menos precisa) en el dominio de velocidad, y viceversa. Una mayor nitidez en el dominio de posición requiere la contribución de más frecuencias en el dominio de velocidad para generar la curva más estrecha, y viceversa. Se trata de una compensación fundamental inherente a cualquier medición relacionada o complementaria , pero que solo resulta perceptible a la escala más pequeña (de Planck), cercana al tamaño de las partículas elementales .

El principio de incertidumbre muestra matemáticamente que el producto de la incertidumbre en la posición y el momento de una partícula (el momento es la velocidad multiplicada por la masa) nunca podría ser menor que un cierto valor, y que este valor está relacionado con la constante de Planck .

colapso de la función de onda

El colapso de la función de onda significa que una medición ha transformado un estado cuántico (probabilístico o potencial) en un valor medido definido. Este fenómeno solo se observa en la mecánica cuántica, no en la mecánica clásica.

Por ejemplo, antes de que un fotón aparezca en una pantalla de detección, solo se puede describir mediante un conjunto de probabilidades de dónde podría aparecer. Cuando aparece, por ejemplo, en el CCD de una cámara electrónica, el tiempo y el espacio donde interactuó con el dispositivo se conocen con una precisión muy alta. Sin embargo, el fotón ha desaparecido durante el proceso de captura (medición), y su función de onda cuántica ha desaparecido con él. En su lugar, se ha producido algún cambio físico macroscópico en la pantalla de detección, por ejemplo, una mancha expuesta en una película fotográfica o un cambio en el potencial eléctrico de alguna celda del CCD.

Autoestados y autovalores

Debido al principio de incertidumbre, las afirmaciones sobre la posición y el momento de las partículas solo pueden asignar una probabilidad de que dicha posición o momento tenga un valor numérico. Por lo tanto, es necesario formular claramente la diferencia entre el estado de algo indeterminado, como un electrón en una nube de probabilidad, y el estado de algo que tiene un valor definido. Cuando un objeto puede ser definitivamente "determinado" en algún aspecto, se dice que posee un autoestado .

En el experimento de Stern-Gerlach descrito anteriormente , el modelo cuántico predice dos posibles valores de espín para el átomo con respecto al eje magnético. Estos dos autoestados se denominan arbitrariamente "arriba" y "abajo". El modelo cuántico predice que estos estados se medirán con igual probabilidad, pero no se observarán valores intermedios. Esto es precisamente lo que demuestra el experimento de Stern-Gerlach.

Los autoestados de espín alrededor del eje vertical no son simultáneamente autoestados de espín alrededor del eje horizontal, por lo que este átomo tiene la misma probabilidad de presentar cualquiera de los dos valores de espín alrededor del eje horizontal. Como se describe en la sección anterior , medir el espín alrededor del eje horizontal puede permitir que un átomo que tenía espín hacia arriba cambie a espín hacia abajo: al medir su espín alrededor del eje horizontal, su función de onda se reduce a uno de los autoestados de esta medición, lo que significa que ya no se encuentra en un autoestado de espín alrededor del eje vertical, por lo que puede adoptar cualquiera de los dos valores.

El principio de exclusión de Pauli

Wolfgang Pauli

En 1924, Wolfgang Pauli propuso un nuevo grado de libertad cuántico (o número cuántico ), con dos valores posibles, para resolver las inconsistencias entre los espectros moleculares observados y las predicciones de la mecánica cuántica. En particular, el espectro del hidrógeno atómico presentaba un doblete , o par de líneas que diferían ligeramente, donde se esperaba una sola línea. Pauli formuló su principio de exclusión , afirmando: «No puede existir un átomo en un estado cuántico tal que dos electrones dentro de él tengan el mismo conjunto de números cuánticos». [ 39 ]

Un año más tarde, Uhlenbeck y Goudsmit identificaron el nuevo grado de libertad de Pauli con la propiedad denominada espín , cuyos efectos se observaron en el experimento de Stern-Gerlach .

ecuación de onda de Dirac

Paul Dirac (1902–1984)

En 1928, Paul Dirac extendió la ecuación de Pauli , que describía el espín de los electrones, para dar cuenta de la relatividad especial . El resultado fue una teoría que explicaba adecuadamente fenómenos como la velocidad a la que un electrón orbita el núcleo, que ocurre a una fracción considerable de la velocidad de la luz . Utilizando la interacción electromagnética más simple , Dirac pudo predecir el valor del momento magnético asociado al espín del electrón y halló el valor observado experimentalmente, que era demasiado grande para corresponder al de una esfera cargada en rotación regida por la física clásica . Logró calcular las líneas espectrales del átomo de hidrógeno y reproducir, a partir de primeros principios físicos, la exitosa fórmula de Sommerfeld para la estructura fina del espectro del hidrógeno.

Las ecuaciones de Dirac a veces arrojaban un valor negativo para la energía, para lo cual propuso una solución novedosa: postuló la existencia de un antielectrón y un vacío dinámico. Esto condujo a la teoría cuántica de campos de muchas partículas .

Entrelazamiento cuántico

En física cuántica, un grupo de partículas puede interactuar o crearse conjuntamente de tal manera que el estado cuántico de cada partícula del grupo no puede describirse independientemente del estado de las demás, incluso cuando las partículas están separadas por una gran distancia. Esto se conoce como entrelazamiento cuántico .

Un hito temprano en el estudio del entrelazamiento fue la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) , un experimento mental propuesto por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen que argumenta que la descripción de la realidad física proporcionada por la mecánica cuántica es incompleta. [ 40 ] En un artículo de 1935 titulado "¿Puede considerarse completa la descripción cuántico-mecánica de la realidad física?", argumentaron a favor de la existencia de "elementos de la realidad" que no eran parte de la teoría cuántica, y especularon que debería ser posible construir una teoría que contuviera estas variables ocultas .

El experimento mental involucra un par de partículas preparadas en lo que más tarde se conocería como estado entrelazado. Einstein, Podolsky y Rosen señalaron que, en este estado, si se medía la posición de la primera partícula, se podía predecir el resultado de medir la posición de la segunda. Si, en cambio, se medía el momento de la primera partícula, entonces se podía predecir el resultado de medir el momento de la segunda. Argumentaron que ninguna acción realizada sobre la primera partícula podría afectar instantáneamente a la otra, ya que esto implicaría la transmisión de información a una velocidad superior a la de la luz, lo cual está prohibido por la teoría de la relatividad . Invocaron un principio, posteriormente conocido como el "criterio EPR de la realidad", que postula que: "Si, sin perturbar de ninguna manera un sistema, podemos predecir con certeza (es decir, con probabilidad igual a la unidad) el valor de una magnitud física, entonces existe un elemento de realidad correspondiente a esa magnitud". De esto, infirieron que la segunda partícula debe tener un valor definido tanto de posición como de momento antes de que se mida cualquiera de estas magnitudes. Pero la mecánica cuántica considera que estas dos observables son incompatibles y, por lo tanto, no asocia valores simultáneos para ambas a ningún sistema. Einstein, Podolsky y Rosen concluyeron, por consiguiente, que la teoría cuántica no proporciona una descripción completa de la realidad. [ 41 ] Ese mismo año, Erwin Schrödinger utilizó la palabra «entrelazamiento» y declaró: «Yo no lo llamaría así, sino más bien el rasgo característico de la mecánica cuántica». [ 42 ]

El físico irlandés John Stewart Bell llevó el análisis del entrelazamiento cuántico mucho más lejos. Dedujo que si se realizan mediciones de forma independiente en las dos partículas separadas de un par entrelazado, entonces la suposición de que los resultados dependen de variables ocultas dentro de cada mitad implica una restricción matemática sobre cómo se correlacionan los resultados de las dos mediciones. Esta restricción se denominaría más tarde desigualdad de Bell . Bell demostró entonces que la física cuántica predice correlaciones que violan esta desigualdad. En consecuencia, la única forma en que las variables ocultas podrían explicar las predicciones de la física cuántica es si son "no locales", es decir, que de alguna manera las dos partículas pueden interactuar instantáneamente sin importar cuán separadas estén. [ 43 ] [ 44 ] Al realizar experimentos como los que sugirió Bell, los físicos han descubierto que la naturaleza obedece a la mecánica cuántica y viola las desigualdades de Bell. En otras palabras, los resultados de estos experimentos son incompatibles con cualquier teoría de variables ocultas locales. [ 45 ] [ 46 ]

Teoría cuántica de campos

La idea de la teoría cuántica de campos surgió a finales de la década de 1920 con el físico británico Paul Dirac, cuando intentó cuantizar la energía del campo electromagnético ; al igual que en mecánica cuántica se cuantizó la energía de un electrón en el átomo de hidrógeno. La cuantización es un procedimiento para construir una teoría cuántica a partir de una teoría clásica.

Merriam-Webster define un campo en física como "una región o espacio en el que existeun efecto determinado (como el magnetismo )". [ 47 ] Otros efectos que se manifiestan como campos son la gravitación y la electricidad estática . [ 48 ] En 2008, el físico Richard Hammond escribió:

A veces distinguimos entre mecánica cuántica (MC) y teoría cuántica de campos (TCC). La MC se refiere a un sistema en el que el número de partículas es fijo y los campos (como el campo electromecánico) son entidades clásicas continuas. La TCC  va un paso más allá y permite la creación y aniquilación de partículas  .

Sin embargo, añadió que la mecánica cuántica se usa a menudo para referirse a "toda la noción de visión cuántica". [ 49 ] : 108

En 1931, Dirac propuso la existencia de partículas que más tarde se conocerían como antimateria . [ 50 ] Dirac compartió el Premio Nobel de Física de 1933 con Schrödinger "por el descubrimiento de nuevas formas productivas de la teoría atómica". [ 51 ]

electrodinámica cuántica

La electrodinámica cuántica (QED) es el nombre de la teoría cuántica de la fuerza electromagnética . Para comprender la QED, primero hay que comprender el electromagnetismo . El electromagnetismo puede llamarse "electrodinámica" porque es una interacción dinámica entre fuerzas eléctricas y magnéticas . El electromagnetismo comienza con la carga eléctrica .

Las cargas eléctricas son la fuente y la fuente de los campos eléctricos . Un campo eléctrico es un campo que ejerce una fuerza sobre cualquier partícula con carga eléctrica en cualquier punto del espacio. Esto incluye el electrón, el protón e incluso los quarks , entre otros. Al ejercerse una fuerza, las cargas eléctricas se mueven, fluye una corriente y se produce un campo magnético. El campo magnético cambiante, a su vez, genera una corriente eléctrica (a menudo, electrones en movimiento). La descripción física de la interacción entre partículas cargadas , corrientes eléctricas, campos eléctricos y campos magnéticos se denomina electromagnetismo.

En 1928, Paul Dirac desarrolló una teoría cuántica relativista del electromagnetismo. Esta fue la precursora de la electrodinámica cuántica moderna, ya que contenía ingredientes esenciales de la teoría actual. Sin embargo, en esta teoría cuántica relativista surgió el problema de los infinitos irresolubles . Años después, la renormalización resolvió en gran medida este problema. Inicialmente considerada un procedimiento provisional y sospechoso por algunos de sus creadores, la renormalización acabó siendo adoptada como una herramienta importante y coherente en la electrodinámica cuántica y otros campos de la física. Asimismo, a finales de la década de 1940, los diagramas de Feynman proporcionaron una forma de realizar predicciones con la electrodinámica cuántica al hallar una amplitud de probabilidad para cada posible forma en que podría ocurrir una interacción. Los diagramas mostraron, en particular, que la fuerza electromagnética es el intercambio de fotones entre partículas que interactúan. [ 52 ]

El desplazamiento de Lamb es un ejemplo de una predicción de la electrodinámica cuántica que ha sido verificada experimentalmente. Se trata de un efecto por el cual la naturaleza cuántica del campo electromagnético provoca que los niveles de energía de un átomo o ion se desvíen ligeramente de lo que serían de otro modo. Como resultado, las líneas espectrales pueden desplazarse o dividirse.

De manera similar, dentro de una onda electromagnética que se propaga libremente, la corriente también puede ser simplemente una corriente de desplazamiento abstracta, en lugar de involucrar portadores de carga. En QED, su descripción completa hace un uso esencial de partículas virtuales de corta duración . Allí, QED vuelve a validar un concepto anterior, bastante misterioso.

Modelo estándar

El Modelo Estándar de la física de partículas es la teoría cuántica de campos que describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas en el universo ( electromagnética , interacciones débil y fuerte , pero no la gravedad ) y clasifica todas las partículas elementales conocidas . Se desarrolló por etapas a lo largo de la segunda mitad del siglo XX, gracias al trabajo de numerosos científicos de todo el mundo, y su formulación actual se finalizó a mediados de la década de 1970 tras la confirmación experimental de la existencia de los quarks . Desde entonces, la demostración del quark top (1995), el neutrino tau (2000) y el bosón de Higgs (2012) han reforzado aún más el Modelo Estándar. Además, el Modelo Estándar ha predicho con gran precisión diversas propiedades de las corrientes neutras débiles y de los bosones W y Z.

Aunque se cree que el Modelo Estándar es teóricamente autoconsistente y ha demostrado ser eficaz para predecir datos experimentales , deja algunos fenómenos físicos sin explicar , por lo que no llega a ser una teoría completa de las interacciones fundamentales . Por ejemplo, no explica completamente la asimetría bariónica , no incorpora la teoría completa de la gravitación descrita por la relatividad general ni da cuenta de la expansión acelerada del universo, posiblemente descrita por la energía oscura . El modelo no contiene ninguna partícula de materia oscura viable que posea todas las propiedades requeridas deducidas de la cosmología observacional . Tampoco incorpora las oscilaciones de neutrinos ni sus masas no nulas. Por consiguiente, se utiliza como base para construir modelos más exóticos que incorporan partículas hipotéticas , dimensiones adicionales y simetrías elaboradas (como la supersimetría ) para explicar resultados experimentales que difieren del Modelo Estándar, como la existencia de materia oscura y oscilaciones de neutrinos.

Interpretaciones

Las mediciones físicas, las ecuaciones y las predicciones pertinentes a la mecánica cuántica son consistentes y cuentan con un alto grado de confirmación. Sin embargo, la cuestión de qué dicen estos modelos abstractos sobre la naturaleza subyacente del mundo real ha recibido respuestas contradictorias. Estas interpretaciones son muy variadas y, en ocasiones, algo abstractas. Por ejemplo, la interpretación de Copenhague afirma que, antes de una medición, las afirmaciones sobre las propiedades de una partícula carecen por completo de sentido, mientras que la interpretación de los muchos mundos describe la existencia de un multiverso compuesto por todos los universos posibles. [ 53 ]

La luz se comporta en algunos aspectos como partículas y en otros como ondas. La materia —la "sustancia" del universo, compuesta de partículas como electrones y átomos— también exhibe un comportamiento ondulatorio . Algunas fuentes de luz, como las luces de neón , emiten solo ciertas frecuencias específicas de luz, un pequeño conjunto de colores puros distintos determinados por la estructura atómica del neón. La mecánica cuántica demuestra que la luz, junto con todas las demás formas de radiación electromagnética , se presenta en unidades discretas, llamadas fotones , y predice sus energías espectrales (que corresponden a colores puros) y las intensidades de sus haces de luz. Un solo fotón es un cuanto , o la partícula observable más pequeña, del campo electromagnético. Un fotón parcial nunca se observa experimentalmente. En términos más generales, la mecánica cuántica demuestra que muchas propiedades de los objetos, como la posición, la velocidad y el momento angular , que parecían continuas en la visión ampliada de la mecánica clásica, resultan estar (en la escala muy pequeña y ampliada de la mecánica cuántica) cuantizadas . Se requiere que dichas propiedades de las partículas elementales adopten uno de un conjunto de valores pequeños, discretos y permitidos, y dado que la diferencia entre estos valores también es pequeña, las discontinuidades solo son evidentes a escalas muy pequeñas (atómicas).

Aplicaciones

Aplicaciones cotidianas

La relación entre la frecuencia de la radiación electromagnética y la energía de cada fotón explica por qué la luz ultravioleta puede causar quemaduras solares , mientras que la luz visible o infrarroja no. Un fotón de luz ultravioleta emite una gran cantidad de energía , suficiente para contribuir al daño celular que se produce en una quemadura solar. Un fotón de luz infrarroja emite menos energía, solo la suficiente para calentar la piel. Por lo tanto, una lámpara infrarroja puede calentar una superficie grande, quizás lo suficientemente grande como para mantener a las personas cómodas en una habitación fría, pero no puede causar quemaduras solares. [ 54 ]

Aplicaciones tecnológicas

Las aplicaciones de la mecánica cuántica incluyen el láser , el transistor , el microscopio electrónico y la resonancia magnética . Una clase especial de aplicaciones de la mecánica cuántica está relacionada con fenómenos cuánticos macroscópicos como el helio superfluido y los superconductores. El estudio de los semiconductores condujo a la invención del diodo y el transistor , indispensables para la electrónica moderna .

Incluso en un simple interruptor de luz , el efecto túnel cuántico es absolutamente vital, ya que de otro modo los electrones de la corriente eléctrica no podrían penetrar la barrera de potencial formada por una capa de óxido. Los chips de memoria flash que se encuentran en las unidades USB también utilizan el efecto túnel cuántico para borrar sus celdas de memoria. [ 55 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Mecánica cuántica" . Radio Pública Nacional . Consultado el 22 de junio de 2016 .
  2. ↑ Kuhn, Thomas S. La estructura de las revoluciones científicas . Cuarta edición. Chicago; Londres: The University of Chicago Press, 2012. Impreso.
  3. ↑ "Introducción a la mecánica cuántica" . Socratease . Archivado del original el 15 de septiembre de 2017.
  4. ↑ Feynman, Richard P. (1988). QED: la extraña teoría de la luz y la materia (1.ª edición de bolsillo de Princeton, séptima impresión con correcciones ). Princeton, NJ: Princeton University Press. 10 págs . ISBN   978-0691024172.
  5. 1 2 3 Whittaker, Edmund T. (1989). Historia de las teorías del éter y la electricidad. 2: Las teorías modernas, 1900-1926 ( Ed. reimpresa). Nueva York: Dover Publ. ISBN  978-0-486-26126-3.
  6. 1 2 3 4 5 6 Baggott, JE (2013). La historia cuántica: una historia en 40 momentos (3.ª ed.). Oxford: Oxford Univ. Press. ISBN  978-0-19-965597-7.
  7. ↑ Millikan, RA (1 de marzo de 1916). "Una determinación fotoeléctrica directa de la h de Planck"" . Physical Review . 7 (3): 355– 388. Bibcode : 1916PhRv....7..355M . doi : 10.1103/PhysRev.7.355 . ISSN 0031-899X . 
  8. ↑ Pais, A. (1 de octubre de 1979). "Einstein y la teoría cuántica" . Reviews of Modern Physics . 51 (4): 863– 914. Bibcode : 1979RvMP...51..863P . doi : 10.1103/RevModPhys.51.863 . ISSN 0034-6861 . 
  9. ↑ Messiah, Albert (1966). Mecánica cuántica . North Holland, John Wiley & Sons. ISBN 0486409244.
  10. ↑ "Observaciones sobre el estado y algunas ramificaciones del TEOREMA DE EHRENFEST" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 10 de julio de 2021. Recuperado el 5 de agosto de 2022 .
  11. ↑ Friedrich, Bretislav; Herschbach, Dudley (diciembre de 2003). "Stern y Gerlach: Cómo un mal cigarro ayudó a reorientar la física atómica" . Physics Today . 56 (12): 53– 59. Bibcode : 2003PhT....56l..53F . doi : 10.1063/1.1650229 . ISSN 0031-9228 . 
  12. ↑ Phipps, TE; Taylor, JB (1927). "El momento magnético del átomo de hidrógeno". Physical Review . 29 (2): 309– 320. Bibcode : 1927PhRv...29..309P . doi : 10.1103/PhysRev.29.309 .
  13. ↑ Wolfgang Pauli (13 de diciembre de 1946). "Principio de exclusión y mecánica cuántica" . Conferencia Nobel . Premio Nobel .
  14. ^ Ehrenfest, P. (noviembre de 1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des internalen Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften (en alemán). 13 (47): 953– 954. doi : 10.1007/bf01558878 . ISSN 0028-1042 . S2CID 32211960 .  
  15. ↑ de Broglie, Louis Victor. "Sobre la teoría de los cuantos" (PDF) . Fundación Louis de Broglie (traducción al inglés de AF Kracklauer, ed. 2004) . Consultado el 25 de febrero de 2023 . 
  16. ↑ Max Born, Mi vida: Recuerdos de un premio Nobel , Taylor & Francis, Londres, 1978. («Nos convencimos cada vez más de que era necesario un cambio radical en los fundamentos de la física, es decir, un nuevo tipo de mecánica para la que utilizamos el término mecánica cuántica. Esta palabra aparece por primera vez en la literatura física en un artículo mío…»)
  17. ↑ Fedak, William A.; Prentis, Jeffrey J. (1 de febrero de 2009). "El artículo de Born y Jordan de 1925 "Sobre mecánica cuántica"" (PDF) . American Journal of Physics . 77 (2): 128– 139. Bibcode : 2009AmJPh..77..128F . doi : 10.1119/1.3009634 . ISSN 0002-9505 . 
  18. ^ Nacido, Max (1926). "Zur Quantenmechanik der Stoßvorgänge" [ Sobre la mecánica cuántica de las colisiones ] . Zeitschrift für Physik . 37 (12): 863– 867. Bibcode : 1926ZPhy...37..863B . doi : 10.1007/BF01397477 . Reimpreso como Born, Max (1983). «Sobre la mecánica cuántica de las colisiones». En Wheeler, JA ; Zurek, WH (eds.). Teoría cuántica y medición . Princeton University Press. pp. 52–55 . ISBN  978-0-691-08316-2.
  19. ↑ Davisson, C.; Germer, LH (1927). "Difracción de electrones por un cristal de níquel" . Physical Review . 30 (6): 705– 740. Bibcode : 1927PhRv...30..705D . doi : 10.1103/physrev.30.705 . ISSN 0031-899X . 
  20. ↑ Davisson, CJ; Germer, LH (1928). "Reflexión de electrones por un cristal de níquel" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 14 ( 4): 317– 322. Bibcode : 1928PNAS...14..317D . doi : 10.1073/pnas.14.4.317 . ISSN 0027-8424 . PMC 1085484. PMID 16587341 .   
  21. ↑ Davisson, C.; Germer, LH (1927). "La dispersión de electrones por un monocristal de níquel" . Nature . 119 (2998): 558–560 . Bibcode : 1927Natur.119..558D . doi : 10.1038/119558a0 . ISSN 0028-0836 . 
  22. ↑ Davisson, CJ; Germer, LH (1928). "Reflexión y refracción de electrones por un cristal de níquel" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 14 (8): 619– 627. Bibcode : 1928PNAS...14..619D . doi : 10.1073 / pnas.14.8.619 . ISSN 0027-8424 . PMC 1085652. PMID 16587378 .   
  23. ^ Bethe, H. (1928). "Theorie der Beugung von Elektronen an Kristallen" . Annalen der Physik (en alemán). 392 (17): 55– 129. Bibcode : 1928AnP...392...55B . doi : 10.1002/andp.19283921704 .
  24. ↑ Thomson, GP; Reid, A. (1927). "Difracción de rayos catódicos por una película delgada" . Nature . 119 (3007): 890. Bibcode : 1927Natur.119Q.890T . doi : 10.1038/119890a0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4122313 .  
  25. ↑ "18 de diciembre de 1926: Gilbert Lewis acuña el término "fotón" en una carta a Nature" . www.aps.org . Consultado el 9 de marzo de 2019 .
  26. ↑ Dirac, PAM (1 de marzo de 1927). "La teoría cuántica de la emisión y absorción de radiación" . Actas de la Royal Society de Londres. Serie A, que contiene artículos de carácter matemático y físico . 114 (767): 243–265 . Bibcode : 1927RSPSA.114..243D . doi : 10.1098/rspa.1927.0039 . ISSN 0950-1207 . 
  27. ↑ Zettili, Nouredine (2009). Mecánica cuántica: conceptos y aplicaciones . John Wiley and Sons. págs. 26–27 . ISBN  978-0470026786.
  28. ↑ Selleri, Franco (2012). Dualidad onda-partícula . Springer Science and Business Media. pág. 41. ISBN  978-1461533320.
  29. ↑ Podgorsak, Ervin B. (2013). Compendio de física de la radiación para físicos médicos . Springer Science and Business Media. pág. 88. ISBN  978-3642201868.
  30. ↑ Halliday, David; Resnick, Robert (2013). Fundamentos de Física, 10.ª ed . John Wiley and Sons. pág. 1272. ISBN  978-1118230619.
  31. ↑ Myers, Rusty L. (2006). Los fundamentos de la física . Greenwood Publishing Group. 172 págs . ISBN  0313328579Principio de complementariedad de la dualidad onda-partícula .
  32. 1 2 Shamos, Morris H (1 de enero de 1987). Grandes experimentos en física: relatos de primera mano desde Galileo hasta Einstein . Courier Corporation. pág. 108. 
  33. ↑ Merali, Zeeya (21 de mayo de 2015). " Física cuántica: ¿Qué es realmente real?" . Nature . 521 (7552): 278–80 . Bibcode : 2015Natur.521..278M . doi : 10.1038/521278a . PMID 25993941. S2CID 4452144 .  
  34. ↑ Eibenberger, Sandra (2013). "Interferencia de ondas de materia de partículas seleccionadas de una biblioteca molecular con masas que superan las 10 000 uma". Physical Chemistry Chemical Physics . 15 (35): 14696– 700. arXiv : 1310.8343 . Bibcode : 2013PCCP...1514696E . doi : 10.1039/C3CP51500A . PMID 23900710 . S2CID 3944699 . [I]na interferómetro de tres rejillas... Observamos patrones de franjas cuánticas de alto contraste de moléculas... que tienen 810 átomos en una sola partícula.  
  35. ↑ "El Premio Nobel de Física de 1932" . NobelPrize.org .
  36. ↑ Heisenberg publicó por primera vez su trabajo sobre el principio de incertidumbre en la importante revista alemana de física Zeitschrift für Physik : Heisenberg, W. (1927). "Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik". Z. Física . 43 ( 3– 4): 172– 98. Bibcode : 1927ZPhy...43..172H . doi : 10.1007/BF01397280 . S2CID 122763326 . 
  37. ↑ "El Premio Nobel de Física de 1932" . NobelPrize.org .
  38. ↑ "Principio de incertidumbre", Encyclopædia Britannica
  39. ↑ Pauling, Linus (1960). La naturaleza del enlace químico (3.ª ed.). Itahca, NY: Cornell University Press. pág . 47. ISBN   0801403332Consultado el 1 de marzo de 2016 .{{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  40. ↑ Einstein, A; B Podolsky; N Rosen (15 de mayo de 1935). "¿Puede considerarse completa la descripción cuántico-mecánica de la realidad física?" (PDF) . Physical Review . 47 (10): 777– 780. Bibcode : 1935PhRv...47..777E . doi : 10.1103/PhysRev.47.777 .
  41. ↑ Peres, Asher (2002). Teoría cuántica: conceptos y métodos . Kluwer. pág. 149. 
  42. ↑ Schrödinger, E. (1935). "Discusión de las relaciones de probabilidad entre sistemas separados". Actas de la Sociedad Filosófica de Cambridge . 31 (4): 555. Bibcode : 1935PCPS...31..555S . doi : 10.1017/S0305004100013554 . Cuando dos sistemas, cuyos estados conocemos por su representación respectiva, entran en una interacción física temporal debido a fuerzas conocidas entre ellos y cuando, después de un tiempo de influencia mutua, los sistemas se separan de nuevo, entonces ya no pueden describirse como antes, es decir, dotando a cada uno de ellos de un representante propio. Yo no llamaría a eso uno , sino más bien el rasgo característico de la mecánica cuántica, el que impone su ruptura total con las líneas de pensamiento clásicas.
  43. ↑ Parker, Sybil B. (1994). Enciclopedia de Física de McGraw-Hill (2.ª ed.). McGraw-Hill. pág . 542. ISBN   978-0-07-051400-3.
  44. ↑ Mermin, N. David (julio de 1993). "Variables ocultas y los dos teoremas de John Bell" (PDF) . Reviews of Modern Physics . 65 (3): 803– 15. arXiv : 1802.10119 . Bibcode : 1993RvMP...65..803M . doi : 10.1103/RevModPhys.65.803 . S2CID 119546199 . 
  45. ↑ The BIG Bell Test Collaboration (9 de mayo de 2018). "Desafiando el realismo local con elecciones humanas". Nature . 557 ( 7704): 212– 216. arXiv : 1805.04431 . Bibcode : 2018Natur.557..212B . doi : 10.1038/s41586-018-0085-3 . PMID 29743691. S2CID 13665914 .  
  46. ↑ Wolchover, Natalie (7 de febrero de 2017). "Experimento reafirma la rareza cuántica" . Quanta Magazine . Consultado el 8 de febrero de 2020 .
  47. ↑ "Mecánica", Diccionario en línea Merriam-Webster
  48. ↑ "Campo" , Encyclopædia Britannica
  49. ↑ Richard Hammond, El universo desconocido , New Page Books, 2008. ISBN 978-1601630032
  50. ↑ "Físicos destacados: Paul Dirac 1902–1984" . www.physicalworld.org . Archivado del original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 1 de diciembre de 2011 .
  51. ↑ "El Premio Nobel de Física de 1933" . Fundación Nobel . Consultado el 24 de noviembre de 2007 .
  52. ↑ "Partículas de intercambio" . hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Consultado el 16 de octubre de 2018 .
  53. ↑ "Interpretación de Copenhague" . abyss.uoregon.edu . Archivado del original el 27 de febrero de 2020. Consultado el 16 de octubre de 2018 .
  54. ↑ Jim Lucas: '¿Qué es la luz ultravioleta?', 15 de septiembre de 2017, en livescience.com. Consultado el 27 de diciembre de 2017.
  55. ↑ Durrani, ZAK; Ahmed, H. (2008). Vijay Kumar (ed.). Nanosilicon . Elsevier. pág. 345. ISBN  978-0080445281.

Bibliografía

  • Bernstein, Jeremy (2005). "Max Born y la teoría cuántica" . American Journal of Physics . 73 (11): 999– 1008. Bibcode : 2005AmJPh..73..999B . doi : 10.1119/1.2060717 .
  • Beller, Mara (2001). Diálogo cuántico: La creación de una revolución . University of Chicago Press.
  • Bohr, Niels (1958). Física atómica y conocimiento humano . John Wiley & Sons. ISBN 0486479285OCLC 530611​​ {{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  • de Broglie, Louis (1953). La revolución en la física . Noonday Press. LCCN 53010401 . 
  • Bronner, Patrick; Strunz, Andreas; Silberhorn, Christine; Meyn, Jan-Peter (2009). "Demostración de la aleatoriedad cuántica con fotones individuales". European Journal of Physics . 30 (5): 1189– 1200. Bibcode : 2009EJPh...30.1189B . doi : 10.1088/0143-0807/30/5/026 . S2CID 7903179 . 
  • Einstein, Albert (1934). Ensayos sobre ciencia . Biblioteca filosófica . ISBN 0486470113. LCCN 55003947 . {{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  • Feigl, Herbert ; Brodbeck, May (1953). Lecturas sobre la filosofía de la ciencia . Appleton-Century-Crofts. ISBN 0390304883. LCCN 53006438 . {{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  • Feynman, Richard P. (1949). "Enfoque espacio-temporal de la electrodinámica cuántica" . Physical Review . 76 (6): 769– 89. Bibcode : 1949PhRv...76..769F . doi : 10.1103/PhysRev.76.769 .
  • Feynman, Richard P. (1990). QED, La extraña teoría de la luz y la materia . Penguin Books. ISBN 978-0140125054.
  • Fowler, Michael (1999). El átomo de Bohr . Universidad de Virginia.
  • Heisenberg, Werner (1958). Física y filosofía . Harper and Brothers. ISBN 0061305499. LCCN 99010404 . {{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  • Lakshmibala, S. (2004). "Heisenberg, la mecánica matricial y el principio de incertidumbre". Resonance: Journal of Science Education . 9 (8): 46– 56. doi : 10.1007/bf02837577 . S2CID 29893512 . 
  • Liboff, Richard L. (1992). Introducción a la mecánica cuántica (2.ª  ed.). Addison-Wesley Pub. Co. ISBN 9780201547153.
  • Lindsay, Robert Bruce; Margenau, Henry (1957). Fundamentos de física . Dover. ISBN 0918024188. LCCN 57014416 . {{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  • McEvoy, JP; Zarate, Oscar (2004). Introducción a la teoría cuántica . Icon Books. ISBN 1874166374.
  • Nave, Carl Rod (2005). "Física cuántica" . HyperPhysics . Universidad Estatal de Georgia.
  • Peat, F. David (2002). De la certeza a la incertidumbre: la historia de la ciencia y las ideas en el siglo XXI . Joseph Henry Press .
  • Reichenbach, Hans (1944). Fundamentos filosóficos de la mecánica cuántica . University of California Press. ISBN 0486404595LCCN a44004471 .​ {{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  • Schilpp, Paul Arthur (1949). Albert Einstein: Filósofo-Científico . Tudor Publishing Company. LCCN 50005340 . 
  • Scientific American Reader , 1953.
  • Sears, Francis Weston (1949). Óptica (3.ª  ed.). Addison-Wesley. ISBN 0195046013. LCCN 51001018 . {{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  • Shimony, A. (1983). "(título no indicado en la cita)". Fundamentos de la mecánica cuántica a la luz de las nuevas tecnologías (S. Kamefuchi et al., eds.) . Tokio: Sociedad Japonesa de Física. pág.  225.; citado en: Popescu, Sandu; Daniel Rohrlich (1996). "Acción y pasión a distancia: un ensayo en honor del profesor Abner Shimony". arXiv : quant-ph/9605004 .
  • Tavel, Morton; Tavel, Judith (ilustraciones) (2002). Física contemporánea y los límites del conocimiento . Rutgers University Press. ISBN 978-0813530772.
  • Van Vleck, JH, 1928, "El principio de correspondencia en la interpretación estadística de la mecánica cuántica", Proc. Natl. Acad. Sci. 14: 179.
  • Westmoreland; Benjamin Schumacher (1998). "Entrelazamiento cuántico y la no existencia de señales superlumínicas". arXiv : quant-ph/9801014 .
  • Wheeler, John Archibald ; Feynman, Richard P. (1949). "Electrodinámica clásica en términos de acción directa entre partículas" (PDF) . Reviews of Modern Physics . 21 (3): 425–33 . Bibcode : 1949RvMP...21..425W . doi : 10.1103/RevModPhys.21.425 .
  • Wieman, Carl; Perkins, Katherine (2005). "Transformando la enseñanza de la física". Physics Today . 58 (11): 36. Bibcode : 2005PhT....58k..36W . doi : 10.1063/1.2155756 .

Lecturas adicionales

Los siguientes títulos, todos ellos escritos por físicos en activo, intentan comunicar la teoría cuántica al público general, utilizando un mínimo de recursos técnicos.

  • Jim Al-Khalili (2003). Quantum: A Guide for the Perplexed . Weidenfeld & Nicolson. ISBN 978-1780225340.
  • Chester, Marvin (1987). Primer of Quantum Mechanics . John Wiley. ISBN 0486428788.
  • Brian Cox y Jeff Forshaw (2011) El universo cuántico . Allen Lane. ISBN 978-1846144325.
  • Richard Feynman (1985). QED: La extraña teoría de la luz y la materia . Princeton University Press. ISBN 0691083886.
  • Ford, Kenneth (2005). El mundo cuántico . Harvard Univ. Press. Incluye física de partículas elementales.
  • Ghirardi, GianCarlo (2004). Sneaking a Look at God's Cards , trad. Gerald Malsbary. Princeton Univ. Press. La obra más técnica de las citadas aquí. Los pasajes que utilizan álgebra , trigonometría y notación bra-ket pueden pasarse por alto en una primera lectura.
  • Tony Hey y Patrick Walters (2003). El nuevo universo cuántico . Cambridge University Press. Incluye mucha información sobre las tecnologías que la teoría cuántica ha hecho posibles. ISBN 978-0521564571.
  • Vladimir G. Ivancevic, Tijana T. Ivancevic (2008). Salto cuántico: de Dirac y Feynman, a través del universo, al cuerpo y la mente humanos . World Scientific Publishing Company. Ofrece una introducción intuitiva en términos no matemáticos y una introducción en términos matemáticos relativamente básicos. ISBN 978-9812819277.
  • JP McEvoy y Oscar Zarate (2004). Introducción a la teoría cuántica . Totem Books. ISBN 1840465778'
  • N. David Mermin (1990). «Acciones fantasmales a distancia: misterios de la teoría cuántica» en su obra Boojums all the way through . Cambridge Univ. Press: 110–76. El autor es un físico singular que intenta comunicarse con filósofos y humanistas. ISBN 978-0521388801.
  • Roland Omnès (1999). Comprensión de la mecánica cuántica . Princeton Univ. Press. ISBN 978-0691004358.
  • Victor Stenger (2000). Realidad atemporal: simetría, simplicidad y universos múltiples . Buffalo, NY: Prometheus Books. Caps. 5–8. ISBN 978-1573928595.
  • Martinus Veltman (2003). Hechos y misterios en la física de partículas elementales . World Scientific Publishing Company. ISBN 978-9812381491.
  • " El mundo microscópico  : Introducción a la mecánica cuántica". Por Kenjiro Takada, profesor emérito de la Universidad de Kyushu.
  • Quantum Exchange (tutoriales y software de aprendizaje de código abierto).
  • Los átomos y la tabla periódica
  • Interferencia de rendija simple y doble
  • Evolución temporal de un paquete de ondas en un pozo cuadrado. Una demostración animada de la dispersión de un paquete de ondas a lo largo del tiempo.
  • Carroll, Sean M. "Mecánica cuántica (una vergüenza)" . Sesenta símbolos . Brady Haran para la Universidad de Nottingham.