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¡Fisica! Siempre la Física

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (12)

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Las sustancias formadas por una sola clase de átomos se llaman elementos químicos. La palabra “átomo” procede del griego ατομος, que significa “indivisible” y el uso de la palabra “elemento” sugiere que se ha llegado a los ladrillos básicos con los que está formada la materia. De hecho, esta es la imagen que se tenía a mediados del siglo XIX se acuñaron estos términos. Sin embargo, hoy sabemos que todo esto es falso, que los átomos se pueden dividir y que, de esta manera, los elementos han dejado de ser verdaderamente elementales. Los físicos continúan con esta nomenclatura aunque sea formalmente incorrecta, ya que, la costumbre, como dicen los juristas, no pocas veces rigen la jerga de las leyes.

La revolución de la mecánica cuántica empieza a materializarse, y el qubit es el principal protagonista. Siendo la unidad mínima de información de extraño mundo, permitirá procesar toda la información existente en segundos.” El futuro que nos aguarda es inimaginable y cada día que pasa aparecen nuevos logros tecnológicos que nos sitúan en otro mundo, otra sociedad, otras nuevas formas de vivir y de comprender.

                      Sí, son los electrones los que dan al átomo su forma esférica

A todo esto y hablando de los átomos, por fuerza, nos tenemos que acordar del electrón que da al átomo su esférica. Son partículas cargadas eléctricamente que se mueven alegremente alrededor del núcleo. El electrón es muy ligero: su masa es solamente 1/1.8836 de la del núcleo más ligero (el hidrógeno). La carga eléctrica del electrón es de signo opuesto a la del núcleo, de manera que los electrones están fuertemente atraídos el núcleo y se repelen mutuamente. Si la carga eléctrica total de los electrones en un átomo iguala a la del núcleo, lo que generalmente se necesitan varios electrones, se dice que el átomo está en equilibrio o que es eléctricamente neutro.

átomos ultrafríos

Un experimento realizado por científicos del Centro de Viena para la Ciencia y Tecnología Cuánticas ha demostrado que, en el mundo cuántico, la transición hacia el equilibrio térmico es más interesante y más complicada de lo que se pensaba.

Según destaca el , publicado en ‘Science’, entre un ordenado inicial y un estado final estadísticamente mixto, puede emerger un “cuasi-estacionario estado intermedio”. Este estado intermedio ya exhibe algunas propiedades como el equilibrio, pero parte de las características del estado inicial permanecen visibles durante un período de tiempo muy largo.

fenómeno se denomina “pre-termalización” y desempeña un papel importante en diversos procesos de no equilibrio en la física cuántica. Podría, por ejemplo, ayudarnos a comprender el estado del universo temprano.

http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/labdemfi/electrostatica/fotos/carga_globo_g.gif

La fuerza a la que obedecen los electrones, la denominada fuerza electrostática o de Coulomb, es matemáticamente bastante sencilla y, sin embargo, los electrones son los responsables de las importantes propiedades de los “enlaces químicos”. Esto se debe a que las leyes de movimiento de los electrones están regidas completamente por la “mecánica cuántica”, teoría que se completó a principios del siglo XX. Es una teoría paradójica y difícil de entender y explicar, pero al mismo tiempo es muy interesante, fantástica y revolucionaria. uno se introduce en las maravillas de la mecánica cuántica es como si hiciera un viaje a un universo que está situado fuera de este mundo nuestro, ya que, las cosas que allí se ven, desdicen todo lo que dicta nuestro sentido común de cómo tiene que ser el mundo que nos rodea.

http://www.mpe.mpg.de/410729/orbits3d_small_gif.gif

Sincronización perfecta, ¡es una sinfonía!

No solamente los electrones, sino también los núcleos atómicos y los átomos en su conjunto obedecen y se rigen por la mecánica cuántica. La Física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck, escribió un artículo de ocho páginas y allí propuso una posible solución a un problema que había intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menos intensidad, por los objetos más fríos.

Estaban bien aceptados entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía. Pero si usamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de la radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano, y, luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico a una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para las longitudes mayores como para las longitudes menores. Esta longitud característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta del objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273 ºC bajo cero). Cuando a 1.000 ºC un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de luz visible.

El espectro electromagnético se extiende la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo.

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de la onda y, por lo tanto, proporcional a la frecuencia de la radiación emitida. La sencilla fórmula es:

E = h \nu \,\!

 

donde h es la constante de Planck (cuyo valor es 6,626 × 10−34 J·s). Sólo los fotones con una frecuencia alta (por encima de un valor umbral específico) podían provocar la corriente de electrones. Por ejemplo, la luz azul emitía unos fotones con una energía suficiente para arrancar los electrones del metal, mientras que la luz roja no. Una luz más intensa por encima del umbral mínimo puede arrancar más electrones, pero ninguna cantidad de luz por debajo del mismo podrá arrancar uno solo, por muy intenso que sea su brillo.

             El esquema del Efecto fotoeléctrico nos muestra como la luz arranca electrones de la placa.

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una forma mucho más tajante: el sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos de los paquetes de energía de Planck. El príncipe francés Louis-Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, propuso que no sólo cualquier cosa que oscila tiene una energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta región del espacio, y que la frecuencia, v, de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas diferentes ondas oscilatorias de campos de fuerza.

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el cual se ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Estas son las cosas que hacen de la mecánica cuántica un “mundo” extraño.

El curioso comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de De Broglie. Poco después, en 1926, Erwin Schrödinger descubrió escribir la teoría ondulatoria de Debroglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños estaban exactamente determinados por la recién descubiertas “ecuaciones de onda cuánticas”.

Pocas dudas nos pueden caber a estas alturas de que la mecánica cuántica (de Planck) y, la Relatividad –tanto especial general- (de Einstein), además de ser las dos teorías más importantes de la Física de nuestro tiempo, funcionan de tal forma que uno, cuando profundiza en sus predicciones y las compara con lo que ocurre en el Universo, no por menos que, asombrarse, al comprobar como unas mentes humanas han sido capaces de llegar a estos profundos pensamientos que nos acerca a la realidad de la Naturaleza, al mismo tiempo que nos aleja de nuestra propia realidad.

Sí, están ahí pero, en realidad, no sabemos, a ciencia cierta, ni cómo se formaron las galaxias

¿Qué encontraremos cuando sea posible verificar la Teoría de cuerdas? ¿Qué hay más allá de los Quarks? ¿Sabremos alguna vez lo que es una singularidad? ¿Será verdad la existencia de esa materia oscura de la que tanto se habla? ¿Podremos al fín, encontrar esa fuente de energía que tanto necesita la Humanidad para dar ese segundo paso el futuro? ¿Tendremos, acaso, algún destino que no sea el de la irremisible extinción?

¡Preguntas! Preguntas y más preguntas que no podemos contestar. Es desesperante estar inmersos en  inmenso océano de ignorancia. ¿Cuándo sabremos? El el epitafio que Hilbert ordenó esculpir en su Tumba, nos lo prometía: “Tenemos que saber, sabremos”. Si, ¿pero cuándo?

Lo cierto es que, las reglas de la mecánica cuántica tienen que ser aplicadas si queremos describir estadísticamente un sistema de partículas que obedece a reglas de ésta teoría en vez de las de la mecánica clásica.  En estadística cuantica, los estados de energía se considera que están cuantizados.  La estadística de Bose-Einstein se aplica si cualquier de partículas puede ocupar un estado cuántico dado. Dichas partículas (como dije antes) son los bosones que, tienden a juntarse.

         Los bosones tienen un angular n h / 2p, donde n es cero o un entero y h es la constante de Planck bosones idénticos, la función de ondas es siempre simétrica.  Si solo una partícula puede ocupar un cuántico, tenemos que aplicar la estadística Fermi-Dirac y las partículas (como también antes dije) son los fermiones que tienen momento angular (n+½) h/2p y cualquier función de ondas de fermiones idénticos es siempre antisimétrica.

http://farm5.static.flickr.com/4140/4745204958_afd02b2486.jpg

La mejor teoría explicar el mundo subatómico nació en 1928 cuando el teórico Paul Dirac combinó la mecánica cuántica con la relatividad especial para explicar el comportamiento del electrón. El resultado fue la mecánica cuántica relativista, que se transformó en un ingrediente primario en la teoría cuántica de campos. Con unas pocas suposiciones y ajustes, la teoría cuántica de campos ha probado ser suficientemente poderosa para formar la base del modelo estándar de las partículas y las fuerzas que rigen el universo.

La relación el espín y la estadística de las partículas está demostrada por el teorema espín-estadística. En un espacio de dos dimensiones es posible que existan partículas (o cuasipartículas) con estadística intermedia entre bosones y fermiones.  Estas partículas se conocen con el de aiones; para aniones idénticos la función de ondas no es simétrica (un cambio de fase de+1) o antisimétrica (un cambio de fase de -1), sino que interpola continuamente entre +1 y -1.  Los aniones pueden ser importantes en el análisis del efecto Hall cuántico fraccional y han sido sugeridos como un mecanismo para la superconductividad de alta temperatura.

Debido al principio de exclusión de Pauli es imposible que dos fermiones ocupen el mismo cuántico (al contrario de lo que ocurre con los bosones). Y, precisamente por eso, se degeneran electrones y neutrones dando lugar a la formación de estrellas enanas blancas y de neutrones que, encuentran la estabilidad frenando la fuerza de gravedad.

La condensación de Bose-Einstein es de importancia fundamental explicar el fenómeno de la superfluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10-7k) se formar un condensado de Bose-Einstein, en el que varios miles de átomos forman una única entidad (un superátomo). efecto ha sido observado con átomos de rubidio y litio. Este efecto (condensación Bose-Einstein), ya habréis podido suponer, es llamado así en honor al físico Satyendra Naht Bose (1.894-1.974) y de Albert Einstein.

condensado-bose-einstein

Más reciente es la obtención del Condensado de Bose-Einstein (BEC); en este caso las bases teóricas se postularon en la década de los 20 en manos de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein. El primero describe ciertas reglas para determinar si dos fotones deberían considerarse idénticos o diferentes (Estadísticas de Bose) y Einstein aplica dichas reglas a los átomos intentando averiguar como se comportarían. Así, halla los efectos de que a muy bajas temperaturas los átomos están al mismo nivel cuántico produciendo fenómenos como la superfluidez o la superconductividad.

Distribución de momentos que confirma la existencia de un estado de agregación de la materia, el condensado de Bose-Einstein. obtenidos en un gas de átomos de rubidio, la coloración indica la cantidad de átomos a cada velocidad, con el rojo indicando la menor y el blanco indicando la mayor. Las áreas blancas y celestes indican las menores velocidades. A la izquierda se observa el diagrama inmediato anterior al condensado de Bose-Einstein y al centro el inmediato posterior. A la derecha se observa el diagrama luego de cierta evaporación, con la sustancia cercana a un condensado de Bose-Einstein puro. El pico no es infinitamente angosto debido al Principio de indeterminación de Heisenberg: dado que los átomos están confinados en una región del espacio, su distribución de velocidades posee necesariamente un cierto ancho mínimo. La distribución de la izquierda es para T > Tc (sobre 400 nanokelvins (nK)), la central para T < Tc (sobre 200 nK) y la de la derecha para T << Tc (sobre 50 nK).

http://www.extraconfidencial.com/archivos2/esquema_pulsar.jpg

Ñas estrellas enanas blancas, de neutrones y los púlsares existen, precisamente, por el principio de exclusión de Pauli que, degenera electrones y neutrones cuando las estrellas masivas, al final de su existencia, explotan como Supernovas y´su masa  se contraen sobre sí misma más y más. Si la estrella es demasiado masiva, entonces ni ese principio de exclusión puede frenar a la Gravedad y se convierte en un Agujero negro.

         Así que, el principio de exclusión de Pauli tiene aplicación no sólo a los electrones, sino también a los fermiones; pero no a los bosones.  Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aquí, nos daremos de que la mecánica cu´çantica es extraña y siendo fácil comprender como forma un campo magnético la partícula cargada que gira, no resulta tan fácil saber por qué ha de hacer lo mismo un neutrón descargado.

        Lo cierto es que ocurre así. La prueba directa más evidente de ello es que cuando un rayo de neutrones incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma que lo haría si el hierro no estuviese magnetizado.  El magnetismo del neutrón sigue siendo un misterio; los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalentes a cero, aunque por alguna razón desconocida, lograr crear un campo magnético cuando gira la partícula.

emilio silver

 

  1. 1
    magointerior33
    el 18 de mayo del 2014 a las 11:03

    Buenos dias..si un pensamiento es cuantico!! influye costantemente en la naturaleza de la realidad,y en la misma realidad que el individuo percibe,los opuestos dualidad esta en el mismo pensamiento experimentado cuando se proyecta desde el enfoque creas un estado de (posibilidades)…dependiendo de lo que los posolos opuestos dualidad y fuerzas desde tu campo llamado estado (cosciente) se define la realidad mundo universo atraves de modificaciones trasformaciones desde lo mas diminuto no perceptible pero su consumado.

    Un abrazo.·. 

    Responder
  2. 2
    magointerior33
    el 18 de mayo del 2014 a las 11:16

    La dualidad onda-particula simplemente se comporta asi porque esta realidad exige esta patron y directrices de comprortamiento….cuando la dualidad se comprende como un estado transitorio para poderlo trasformar….una vez se trasforma deja de existir la dualidad creando un estado de (unidad) todo comportamiento se veria laterado a su nuevo estado Onda-particula dejaria de funcionar con el patron que hoy (presente es)…asi toda la extructura cambiaria a su nuevo estado una nueva realidad nuevo mundo nuevo pensamiento nuevo estado de comprender.

    Un abrazo fraternal.·.

    Responder
  3. 3
    Fandila
    el 18 de mayo del 2014 a las 18:06

    Si entiendo lo que quieres decir, creo que te refieres a las dos formas “virtual y real”, que nosotros escogemos para ver o actuar en el mundo. Pero ambas se conjuntan en una suprarrealidad que las engloba.
    No me refiero ya a la dualidad onda-partícula cuya realidad objetiva solo sería una, sino más bien a nuestras acciones reales, sentimientos y a los pensamientos en sí mismos. El caos de lo cuántico que en último término todo lo domina, también se instala en nuestra mente. En el fondo es nuestro pequeño caos el que nos daría soluciones mentales imprevisibles, lo que pasa que pueden ser acallados por nuestras vivencias o sentimientos, largamente inscritos en nuestra memoria que los atempera. Como manparas o cribas que lo filtran.Somos lo que somos y lo que otros fueron.
    Podemos pensar o imaginar libres, pero siempre seremos coartados por esos impedimentos que se instalan en nuestra mente. Es posible que nuestros pensamientos puedan ser proyectados al medio cuántico exterior de alguna forma y puedan ser recogidos por otras mentes, que se creerán originarios de esa transformación cuántica y pensamientos, pero que solo han de traducirse en el otro individuo, modificados por sus propia memoria, sentimientos, y pensamientos propios que le asisten. Sin embargo modificar con “nuestra emisión cuántica” la realidad circundante pparece demasiado, no habrá una resonancia efectiva, salvo que hubiese una forma o una base de recepción adecuada también para la llamada materia inerte.
    Todo esto que al fin y al cabo solo son pensamientos no deja de tener una lógica si la Física es. o puede ser, como se nos dice.
    Un abrazo

    Responder
  4. 4
    Fandila
    el 18 de mayo del 2014 a las 18:45

    El principio de Pauli puede ser explicado de forma práctica si se considera:
    Qué el spin 1 para los bosones va dirigido siempre hacia el sentido de avance, aparte de que se repiten de forma “monótona” oscilatoriamente. Su simetría por tanto no deja lugar a dudas
    Los fermiones poseen spin 1/2 lo que hace que su “giro” (Si la partícula es libre) adopte cualquier referencia aleatoria. Pero si fuesen influenciados por un c. magnético exterior la cuestión viene a ser la misma.
     
    El bosón posee los campos magnético y eléctrico encerrados en si mismo. El fermión posee dichos campos lanzados hacia el exterior que interaccionan con los de los otros fermiones. Su ámbito de acción es volumétrico. Ninguno puede estar donde esté el otro porque no pueden ser ccoincidentes, sus espacio-tiempos son distintos o de lo contrario se aniquilarian (Como ocurre entre materia y antimateria), Los bosones en cambio podrían “enrollarse” uno en otro como dos muelles, y subsistir o formar otro bosón más energético. De todas formas sus dimensiones y parámetros internos les permiten apretarse los unos con los otros hasta extremos insospechados.
    Un abrazo

    Responder
  5. 5
    Emilio Silvera
    el 19 de mayo del 2014 a las 5:28

    ¡Lo que elucubra la Mente!
    También nuestros conocimientos, como todo el Universo, están cuantizados.
    Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.
    Si conocemos el “universo” de lo infinitesimal… ¡comprenderemos!
     

    Responder
  6. 6
    Fandila
    el 19 de mayo del 2014 a las 11:54

    Se me olvidó decir respecto a Pauli que h barra para los bosones(Spín 1) significa un avance y “giro” en el sentido de avance, por lo que la partícula es comparable a una línea; h barra/2n en cambio da lugar a un ente cerrado de energía homóloga “a un radio h barra”, pero solo como estructura ya que dicho valor de r es mayor en lo macro que el módulo de h barra. Ser ente cerrado o masa ocluída le proporciona un volumen que no podrá ser superpuesto a otro equivalente, lo contrario del bosón, cuya “línea” puede apretarse con otras u ocupar estados tan próximos que se confunden.

    Responder
  7. 7
    Fandila
    el 19 de mayo del 2014 a las 17:04

     
    Otros aclarados para Pauli y Bose-Einstein

    El spin proporciona una medida del momento angular intrínseco de toda partícula. En contraste con la mecánica clásica, donde el momento angular se asocia a la rotación de un objeto, dicha rotación quedaría adscrita a las órbitas de las subpartículas.  El epin es un fenómeno exclusivamente cuántico que no es visible en lo macro.  No se puede relacionar de forma directa con una rotación en el espacio de la partícula.
     
     
    Intuir  que el spin corresponde al momento angular debido a la rotación de la partícula en torno a su propio eje no será válido pues es intrínseco y con base en sus elementos. Sería absurdo pensar que el número cuántico de spin que cumple con la realidad cuántica fuese un insondable misterio sin causa ni fundamento.  El spin no tiene una representación en términos de coordenadas espaciales, de modo que no se puede referir a  ningún tipo de movimiento “externo” de la partícula, como no sea en la consecuente apertura del campo magnético. Cualquier observador podrá inferir al hacer una medida del momento angular, que la partícula posee un momento angular intrínseco total.
     
     
    El condensado de Bose-Einstein se da para el estado fundamental en que la temperatura es muy baja o 0.
    De tales condensados  surgen el Líquido de Fermi para fermiones y el estado de agregación para bosones.
    La distribución de Fermi-Dirac tiene importancia capital en el estudio de gases de fermiones y en particular en el estudio de los electrones libres en un metal.
    Se da la circunstancia de que la temperatura de Fermi de la mayoría de metales reales es enorme (del orden de 10000 Kelvin), por tanto la aproximación de decir que la distribución de Fermi-Dirac sigue siendo un escalón hasta temperatura ambiente es válida con bastante precisión.
     
    Los electrones en un metal constituyen un Líquido de Fermi. No interactúan entre sí sino con el campo medio en que están sumergidas.
    En ellos los únicos grados de libertad que se consideran son los translacionales.
    Pero a muy bajas temperaturas, aunque las traslaciones desaparezcan o casi, los  movimientos o traslaciones interiores de la partícula siempre existen,  si bien puedan ralentizarse o viceversa por la extracción acusada de la partícula (De su masa o ámbito) de los campos electromagnéticos.
    Y según Pauli, para el bosón luz por ejemplo, ello significa que su velocidad puede descender de una forma drástica hasta unos pocos kilómetros/sg. Su frecuencia (Que es Interna), proporciona a la masa relativa para la velocidad c, es mucho mayor entonces y la traslación se ralentiza, ya que la velocidad de traslación perdida se compensa en la velocidad de oscilación o de giro interno.
     
     
    En el condensado de Bose-Einstein el volumen no disminuye, “las partículas  quedan casi inmóviles” y con un estado energético interior equivalente. Lo que significa que el estado cuántico para todas es el mismo.
    Lo que Einstein descubrió fue, que para un gas de bosones dado, existe una temperatura crítica por debajo de la cual un número macroscópico de las partículas cuánticas ocupan el estado de menor energía, formando un “condensado de Bose-Einstein”.
     
    La primera observación de la condensación de Bose-Einstein de un gas atómico tuvo lugar en 1995, a raíz del trabajo de Eric Cornell y Carl Wieman que enfrió un gas de rubidio a temperaturas inferiores a 170 nanokelvins.
     
     
    Funciones de onda antisimétricas no son compatibles, fermiones. Funciones simétricas, bosones, son compatibles y pueden agregarse en un conjunto o estado cuántico. Ambos casos los determina el spin.
    En tal estado, todas las partículas pierden su individualidad y describirlo viene a ser, hacerlo en su conjunto como un objeto cuántico macroscópico. En particular, el aspecto ondulante de la materia (Dualidad onda-corpúsculo cuántica) se vuelve visible a gran escala, como también es el caso en un superfluido, aún siendo diferente de un condensado de Bose-Einstein, a causa de las fuertes interacciones entre sus constituyentes.
     
     
    Para bajas temperaturas, la distribución de fermi es una función escalón que vale 1 para ciertas condiciones. Esto quiere decir que las partículas van colocandose desde el nivel más bajo de energía hacia arriba debido al al Principio de Exclusión de Pauli hasta colocarse todas.
     

    Responder
    • 7.1
      emilio silvera
      el 20 de mayo del 2014 a las 3:50

      De puede decir más alto pero no expresarlo con más claridad. Estamos de acuerdo en todo amigo. El espín parte del momento angular total de una partícula, átomo, núcleo, etc., que es distinta de su mpomento amgular orbital. Una molécula átomo o núcleo en un nivel de energía determinado, o una partícula elemental, posee un espín particular, igual que tiene una carga o masa particular.
      De acuerdo con la teoría cuántica y como explicas más arriba, está cuantizada y se restringe a múltiplos de h/2∏. El espín se caracteriza por un número cuántico (s). Por ejemplo para un electrón, s = ± ½, queriendo decir que tiene un espín de +h/4∏ cuando está girando en una dirección y -h/4∏ cuando está girando en la otra.
      Debido a su espín, las partículas tienen sus propios momentos magnéticos intrínsecos;  y en un campo magnético los espines de las partículas se alinean en la dirección del campo tomando un determinado ángulo, precesando alrededor de esta dirección.
      Podríamos seguir hablando del significado del espín isotópico (isospín), de espines antiparalelos y paralelos y del teorema espín-estadística que es fundamental en la teoría cuántica de campos relativista que establece que los espines semienteros sólo pueden ser cuantizados de forma consistente si obedecen la estadística de Fermi-Dirac y los espines enteros solo pueden ser cuantizados consistentemente si obedecen la estadística de Bose-Einstein. Así llegamos a saber que las funciones de onda de los bosones son simétricas y las de los fermiones anti-simétricas y, de camino, da un fundamento teórico al principio de excliusión de Pauli.
      Amigo Fandila, como siempre digo, la mecánica cuántica es extraña pero, si se llega a comprender… Un poquito… ¡Es tan bella!
      Un abrazo.

      Responder
  8. 8
    Pablo
    el 12 de junio del 2014 a las 1:07

     
    Tengo algunas cuestiones que no acabo de entender. La teoría cuántica nos dice que la energía de un cuanto de luz viene dada por la formula E=hν. Por otro lado, la longitud de onda máxima de un fotón sería del tamaño del universo. Pero se cree que el tamaño del universo está aumentando con el tiempo de forma acelerada, por lo que en teoría, la longitud de onda de un fotón podría ser en un futuro todavía mucho mayor, con lo que la energía de ese cuanto de luz sería cada vez menor. ¿Quiere esto decir que no existe un límite a la cantidad mínima de energía de un fotón?
     
    Por otro lado, ¿el rango de valores de energía que puede tener un fotón es continuo o discreto? Es decir, ¿puede darse cualquier valor de energía para un fotón?
     
    Y respecto a la relatividad especial, ¿los incrementos de masa que produce la velocidad sobre un cuerpo son también continuos y sin saltos?
     
    Creo que me estoy liando un poco. Gracias y saludos.
     

    Responder
    • 8.1
      emilio silvera
      el 12 de junio del 2014 a las 12:15

      En cualquier sitio que puedas mirar te dirán que:
       
       
      La Energía de los fotones
      A principios del siglo XX se había demostrado que la radiación electromagnética transporta energía, que puede absorberse o emitirse. Para explicar los procesos de emisión y absorción, Plank y Einstein propusieron que la energía de la radiacíón está compuesta de unidades (cuantos) indivisibles. En cada proceso elemental sólo puede emitirse o absorberse un cuanto de luz. A cada uno de estos cuantos se les denominó “fotón”. El fotón es una partícula que se denota con la letra griega . La energía de un fotón es proporcional a la frecuencia de la radiación:

      (9)

      donde J s es la constante de Plank. La energía de una onda electromagnética compuesta por fotones es la suma de las energías de los fotones individuales.
       

      Ejemplo. Calcular la intensidad de fotones (número de fotones por unidad de tiempo) emitidos por una bombilla de 60 W de luz amarilla ( Å).

       

      Solución

       

      Frecuencia de la radiación:

       

       

      Energía de cada fotón:

       

       

      Número de fotones por unidad de tiempo:

       

       
      Como vemos, la energía de un fotón expresada en Julios es demasiado pequeña. A escala microscópica es conveniente emplear como unidad de energía el electrón-voltio

      (10)

      y múltiplos como el keV (kilo-electrón voltio = 1000 eV), el MeV (mega-eV = eV), el GeV (giga-eV = eV).
       

      Ejemplo: Determinar la energía en eV de los fotones del ejercicio anterior.

       

      Solución. La energía de los fotones es

       

       

      Expresada en eV:

       

      Observamos que la energía de la luz visible es del orden de varios eV
       

      Ejemplo Calcular el valor de la constante de Plank en eV s

       

      Solución:

       

      “En cuanto a la longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación (una onda) en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda. En el caso de las ondas electromagnéticas esa propiedad física (que varía en el tiempo produciendo una perturbación) puede ser, por ejemplo, su efecto eléctrico (su campo eléctrico) el cual, según avanza la onda, aumenta hasta un máximo, disminuye hasta anularse, cambia de signo para hacerse negativo llegando a un mínimo (máximo negativo). Después, aumenta hasta anularse, cambia de signo y se hace de nuevo máximo (positivo). Esta variación del efecto eléctrico en el tiempo, si la representamos en un papel, obtenemos “crestas” y “valles” (obtenemos una curva sinusoidal) pero la onda electromagnética no “tiene” crestas y valles. Otra propiedad física, que podríamos haber utilizado para medir la longitud de onda de las ondas electromagnéticas, es su efecto magnético (su campo magnético), que también varía en el tiemp.

      En lenguaje físico/matemático podemos decir que la longitud de onda, es una magnitud física que describe la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda sinusoidal que poseen la misma fase. La longitud de onda es descrita frecuentemente con la letra griega lambda (λ). El concepto de longitud de onda suele extenderse también a cualquier onda periódica aunque no sea sinusoidal. La longitud de onda se mide en metros en unidades del Sistema Internacional. En aquellas ondas que se desplazan a una velocidad constante, la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia y directamente proporcional al período de la onda. Ejemplos comunes de ondas son las ondas elásticas (como el sonido) y las ondas electromagnéticas (como la luz).”

      En realidad la materia y el movimiento son relativos y no pueden ser separados metafísicamente; de hecho materia y movimiento son dos expresiones de un mismo fenómeno, como señala la teoría de la relatividad, son equivalentes. La famosa fórmula E=mc2 expresa toda la energía concentrada en el universo que se manifiesta en el brillo del sol, en la desintegración radioactiva y en la vida misma. Con el conocimiento actual, no se requieren nociones sobrenaturales, ni primer impulso, ni fuerzas misteriosas inmateriales, ni la mano de Dios para explicar el movimiento. La fuerza sobrenatural, que supuestamente impulsaba a la pecadora materia resultó ser, a fin de cuentas, la misma materia. Engels decía: “El movimiento es el modo de existencia de la materia. Jamás y en ningún lugar ha habido materia sin movimiento, ni puede haberla (…) La materia sin movimiento es tan impensable como el movimiento sin materia”. La teoría de la relatividad, al determinar la equivalencia de materia y energía, ha puesto una sólida base para esta tesis central del materialismo de Marx y Engels.

      El cuerpo que corre a velocidades cercanas a c, nunca podrá llegar al límete impuesto por la Naturaleza ¡la velocidad de la luz!, ya que tendría que haber alcanzado una masa infinita y, lo que se dice infinito… No puede existir, todo tiene una medida grande o pequeña pero, medida al fin.

      La masa que se va acumulando en ese objeto corredor… es discreta, es decir, aumenta poco a poco.

      Saludos.

      Responder
  9. 9
    emilio silvera
    el 15 de junio del 2014 a las 6:35

    ¡Ah! Lo cierto es que, la ciancia, no tiene aún muy claro que es… ¡La Energía!

    Responder
  10. 9.1
    emilio silvera
    el 16 de junio del 2014 a las 5:13

    ¡Hpola, amigo Fandila!
    ¡Qué bonita es la Física! y cuando está bien explicada, lo resulta mucho más.
    Un abrazo.

    Responder

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