{"id":1684,"date":"2010-03-07T09:21:32","date_gmt":"2010-03-07T07:21:32","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1684"},"modified":"2010-05-07T09:20:52","modified_gmt":"2010-05-07T07:20:52","slug":"los-cuantos","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2010\/03\/07\/los-cuantos\/","title":{"rendered":"Los Cuantos"},"content":{"rendered":"

Pero antes de zambullirnos en los cuantos, considero importante recordar algunos aspectos sobre el \u00e1tomo. \u00c9ste consiste en una especie de nube de electrones<\/a> que rodea a una muy peque\u00f1ita esfera casi quieta y de muy alta densidad que llamamos n\u00facleo. Sabemos adem\u00e1s, como ya lo hemos mencionado, que este n\u00facleo at\u00f3mico se compone de protones<\/a> y neutrones<\/a>, los que a su vez est\u00e1n compuestos de quarks<\/a>, las part\u00edculas m\u00e1s peque\u00f1as del universo. Al electr\u00f3n<\/a> lo conocemos hace algo m\u00e1s de cien a\u00f1os, y despu\u00e9s de estudiarlo minuciosamente los f\u00edsicos estamos convencidos de que es una part\u00edcula indivisible. Todo esto que llamamos \u00e1tomo se arma, entonces, a partir de electrones<\/a> y quarks<\/a> que se adhieren al n\u00facleo a trav\u00e9s de una especie de ligamento que en castellano deber\u00edan llamarse \u00abligamones o gomones\u00bb pero popularmente son m\u00e1s conocidos por su nombre en ingl\u00e9s como \u00abgluons\u00bb, y quienes unen n\u00facleos y electrones<\/a> son los quiz\u00e1s m\u00e1s familiares fotones<\/a>.<\/p>\n

\"atomo\"<\/p>\n

Aunque aqu\u00ed no hablaremos con m\u00e1s detalle sobre la estructura del \u00e1tomo propiamente tal, si nos queda por consignar un aspecto sobre las propiedades que \u00e9ste comporta. En efecto, no podr\u00edamos entender la inmensa variedad de cosas que somos capaces de percibir si ignoramos absolutamente el interior del \u00e1tomo. El \u00e1tomo, como la c\u00e9lula y la familia son \u00abunidades compuestas\u00bb, \u00fatiles conceptualmente para describir algunas propiedades de la materia, los organismos vivos y la sociedad, pero ineficaces para entender una multitud de fen\u00f3menos que s\u00f3lo se explican teniendo presente su constituci\u00f3n interna.<\/p>\n

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Despu\u00e9s del breve recordatorio sobre la estructura del \u00e1tomo, ahora vayamos al asunto que queremos tratar aqu\u00ed, que son los cuantos. No es una herej\u00eda decir que los cuantos son uno de los productos de la desagregaci\u00f3n dentro del reino de la f\u00edsica del siglo XIX. En efecto, el f\u00edsico alem\u00e1n Max Planck en su intentos de calcular el equilibrio de energ\u00eda entre vibraciones y su radiaci\u00f3n de entrada y salida, hall\u00f3 que necesitaba suponer la existencia de cuantos, o ciertas peque\u00f1as divisiones de energ\u00eda, ante que una gama continua de posibles energ\u00edas. Defini\u00f3 un cuanto de energ\u00eda como la frecuencia de la oscilaci\u00f3n multiplicada por un n\u00famero diminuto que no tard\u00f3 en ser conocida como la constante de Planck<\/a>.<\/p>\n

Veamos si podemos explicar esto de los cuantos en t\u00e9rminos sencillos. Partamos de la premisa que los electrones<\/a> son ondas, al encerrarlos en una caja deber\u00edan tener modos especiales de vibraci\u00f3n, como cuerdas y tambores, alg\u00fan modo fundamental y sus arm\u00f3nicos. Lo interesante es que hay frecuencias privilegiadas que ocurren, como en el piano, mientras el resto de las frecuencias queda proscrito. La vibraci\u00f3n puede darse en alguno de esos modos, o en una mezcla de ellos, tal como en la cuerda vibrante; pero no puede darse en frecuencias intermedias. Tambi\u00e9n, as\u00ed como la cuerda afinada en el la central del piano no puede dar tonos de frecuencia menor que 440 vibraciones por segundo, el electr\u00f3n<\/a> no podr\u00eda \u00abvibrar\u00bb con frecuencias menores que una cierta fundamental caracter\u00edstica de la caja en que se encuentra.<\/p>\n

En consecuencia, consideremos primero que la \u00abcaja\u00bb en que se encuentra el electr\u00f3n<\/a> es la atracci\u00f3n misma del n\u00facleo; no tiene paredes, pero s\u00ed es capaz de atrapar al electr\u00f3n<\/a> en un peque\u00f1o volumen, como una cajita esf\u00e9rica. Segundo, seg\u00fan De Broglie la energ\u00eda de los electrones<\/a>, al igual que los fotones<\/a> de Einstein<\/a>, es proporcional a la frecuencia de los modos de vibraci\u00f3n: a doble de frecuencia, doble de energ\u00eda.<\/p>\n

Para ser estables, los electrones<\/a> en el \u00e1tomo s\u00f3lo pueden tener entonces ciertas energ\u00edas, que corresponden al modo fundamental y los arm\u00f3nicos de una onda atrapada por el n\u00facleo. El modo fundamental es el de m\u00e1s baja energ\u00eda; y a m\u00e1s alta frecuencia, mayor energ\u00eda. El electr\u00f3n<\/a> no puede tener una energ\u00eda por debajo de la del modo fundamental, as\u00ed que una vez all\u00ed no puede perder m\u00e1s y precipitarse al n\u00facleo. Si, estando en este estado, de pronto llega un fot\u00f3n<\/a>, el electr\u00f3n<\/a> puede absorberlo aumentando su energ\u00eda y pasando a un estado excitado, como un p\u00e1jaro que salta de una rama de un \u00e1rbol a otra m\u00e1s alta.<\/p>\n

\"paj_cuant\"<\/p>\n

Tambi\u00e9n como un p\u00e1jaro baja saltando a una rama m\u00e1s baja, el electr\u00f3n<\/a> puede despedir un fot\u00f3n<\/a> y caer en un estado de menor energ\u00eda. Estos brincos son siempre entre estados de energ\u00edas fijas, y por tanto la luz emitida corresponde a frecuencias tambi\u00e9n bien definidas. As\u00ed, como \u00e1tomos de distinta especie tienen diferente n\u00famero de electrones<\/a>, hay algunos que absorben o emiten luz roja y no azul, y hay otros que lo hacen con luz azul y son en cambio insensibles a la luz roja. Esta variedad es en \u00faltimo t\u00e9rmino la que da la gama de colores en todo lo que vemos.<\/p>\n

Al principio, hemos esbozado la teor\u00eda del \u00e1tomo con el \u00e1nimo de despertar curiosidad en el lector. T\u00e9cnicamente, se la llama mec\u00e1nica cu\u00e1ntica porque convierte en \u00abcuantos\u00bb fijos las energ\u00edas posibles del electr\u00f3n<\/a> en el \u00e1tomo, as\u00ed como otras magnitudes incluido el esp\u00edn<\/a>. Uno se pregunta a qui\u00e9nes se les ocurri\u00f3 estas ideas te\u00f3ricas tan extra\u00f1as. Bueno, sali\u00f3 de las cabezas de sesudos como Bohr, De Broglie, Heisenberg, Pauli, Dirac y otros, quienes entre los a\u00f1os 1920 y 1930 la fueron estructurando; o mejor dicho, descubierta, m\u00e1s bien, pues cada problema que surg\u00eda y se resolv\u00eda en esos a\u00f1os le iba dando forma, como un escultor va extrayendo de la piedra el cuerpo de su modelo. Einstein<\/a> queda fuera de la lista de sus creadores a pesar que su fot\u00f3n<\/a> jug\u00f3 un papel conceptual esencial. La teor\u00eda que de all\u00ed sali\u00f3 no le gust\u00f3 sin embargo, por su car\u00e1cter irremediablemente probabil\u00edstico.<\/p>\n

El sentido com\u00fan induce a esperar que a tal causa corresponda tal efecto, precisamente y no s\u00f3lo probablemente. Einstein<\/a> intu\u00eda que deb\u00eda haber una forma de construir una teor\u00eda del \u00e1tomo que fuese determinista. Esta razonable expectativa a\u00fan no se materializa. Pero as\u00ed como Newton<\/a> debi\u00f3 esperar cerca de doscientos a\u00f1os para que su corp\u00fasculo de luz fuera reconocido, quiz\u00e1s Einstein<\/a> deba todav\u00eda esperar todav\u00eda unas d\u00e9cadas para que su esperanza sea satisfecha…<\/p>\n

En\u00a0otro comentario\u00a0anterior\u00a0\u00a0pas\u00e9 a\u00a0describir el concepto moderno de campo bas\u00e1ndome en campos \u00abcl\u00e1sicos\u00bb, no me met\u00ed en el papel que desempe\u00f1an en ellos los conceptos cu\u00e1nticos. Pero, \u00bfqu\u00e9 tienen que ver tales campos con las part\u00edculas cu\u00e1nticas (quarks, electrones<\/a> y otras ), de las que se compone en realidad el mundo? Los f\u00edsicos dieron con la respuesta a esta pregunta cuando aplicaron los principios de la teor\u00eda cu\u00e1ntica al concepto cl\u00e1sico de campo. Comprobaron entonces que todo campo, si se \u00abcuantifica\u00bb (si se le aplican las condiciones de la teor\u00eda cu\u00e1ntica) describe una part\u00edcula cu\u00e1ntica asociada. El cuanto asociado con el campo electromagn\u00e9tico cl\u00e1sico de Maxwell era el fot\u00f3n<\/a>, part\u00edcula de luz; el cuanto asociado con el campo cl\u00e1sico de Dirac era el electr\u00f3n<\/a>. As\u00ed se super\u00f3 el desagradable dualismo de part\u00edculas y campos. Las part\u00edculas cu\u00e1nticas se clasifican por la masa, el esp\u00edn<\/a> y la carga, exactamente igual que sus correspondientes campos.<\/p>\n

La teor\u00eda cu\u00e1ntica aport\u00f3 tambi\u00e9n una interpretaci\u00f3n del campo cl\u00e1sico: la intensidad de un campo en cierto punto del espacio era igual a la probabilidad de hallar en este punto su part\u00edcula cu\u00e1ntica correspondiente. Los campos eran ondas probabil\u00edsticas de sus part\u00edculas cu\u00e1nticas. Si el campo era intenso en cierto punto, era, en consecuencia, m\u00e1s probable que estuviera all\u00ed su part\u00edcula cu\u00e1ntica. Esta \u00abinterpretaci\u00f3n estad\u00edstica\u00bb de la teor\u00eda cu\u00e1ntica implica una indeterminaci\u00f3n b\u00e1sica en las leyes de la f\u00edsica, porque la distribuci\u00f3n de fen\u00f3menos cu\u00e1nticos est\u00e1 absolutamente determinada por las ecuaciones de la teor\u00eda cu\u00e1ntica; pero los fen\u00f3menos individuales no. Por ejemplo, la teor\u00eda no especifica en qu\u00e9 punto de una pantalla dar\u00e1 un fot\u00f3n<\/a> concreto que pase a trav\u00e9s de un agujero; s\u00f3lo puede especificarse con exactitud la distribuci\u00f3n de varios de tales impactos.<\/p>\n

Al aplicar con \u00e9xito la teor\u00eda cu\u00e1ntica a la teor\u00eda de campo, se resolvieron los principales problemas que ten\u00edan planteados los f\u00edsicos en las primeras d\u00e9cadas del siglo XX. Cay\u00f3 en sus manos un instrumento matem\u00e1tico poderoso, una serie de conceptos trascendentales que abrieron una perspectiva imprevista de la realidad. Y surgi\u00f3 una estructuraci\u00f3n nueva del mundo.<\/p>\n

Seg\u00fan la nueva concepci\u00f3n, el mundo es un vasto espacio de campos interactuantes que se manifiestan como part\u00edculas cu\u00e1nticas que se desplazan de un lado a otro e interact\u00faan entre s\u00ed. La experiencia ha demostrado que esta descripci\u00f3n matem\u00e1tica abstracta puede explicar correctamente el mundo material microsc\u00f3pico tal como se observa en el laboratorio. La teor\u00eda del campo cu\u00e1ntico relativista constituye la culminaci\u00f3n de d\u00e9cadas de trabajo cient\u00edfico, quiz\u00e1 de siglos, y, hasta el momento, ha mostrado una notable capacidad de supervivencia. Aunque sus principios b\u00e1sicos se han puesto a prueba, no han fallado nunca.<\/p>\n

Las leyes b\u00e1sicas de la teor\u00eda del campo cu\u00e1ntico relativista siguieron inc\u00f3lumes durante los a\u00f1os de 1930. Desde entonces, se han desarrollado y ampliado y se han aplicado al mundo real de las part\u00edculas cu\u00e1nticas. Mencionar\u00e9 algunos de los avances m\u00e1s notables que nos servir\u00e1n de orientaci\u00f3n cuando pasemos a describir el origen del universo.<\/p>\n

Texto extra\u00eddo desde Astrocosmo<\/a>
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