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Las leyes que gobiernan el mundo f\u00edsico tienen dos caracter\u00edsticas importantes: muchas leyes de la naturaleza permanecen inalterables, no se alteran cuando cambia la escala, pero hay otros fen\u00f3menos, tales como una vela encendida o las gotas de agua, que no cambian del mismo modo. La implicaci\u00f3n final es que el mundo de los objetos muy peque\u00f1os ser\u00e1 completamente diferente del mundo ordinario.<\/p>\n
Ahora tendr\u00edamos que hablar algo de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica y, en ese \u00e1mbito, las reglas de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica funcionan tan bien que resultar\u00eda realmente dif\u00edcil refutarlas. Acordaos de los trucos ingeniosos descubiertos por Werner Hesinberg, Paul Dirac, o, Schr\u00f6dinger que vinieron a mejorar y completar\u00a0 las reglas generales. Sin embargo, algunos de aquellos pioneros (Einstein<\/a> y el mismo Schr\u00f6dinger), sin embargo, presentaron serias objeciones a dicha interpretaci\u00f3n de la naturaleza de lo muy peque\u00f1o.<\/p>\n Esta cosita tan peque\u00f1ita, el electr\u00f3n<\/a>,\u00a0 es inversamente proporcional en importancia para que el mundo, la Naturaleza, y,\u00a0 nuestro Universo sea como es. Se ha conseguido la foto de un electr\u00f3n<\/a>. Poder filmar y fotografiar un electr\u00f3n<\/a> no es f\u00e1cil por dos razones: primero, gira alrededor del n\u00facleo at\u00f3mico cada 0,000000000000000140 segundos , y, porque para fotografiar un electr\u00f3n<\/a> es necesario bombardearlo con part\u00edculas de luz (y cualquier que haya intentado sacarle una foto a un electr\u00f3n<\/a> sabe que hay que hacerlo sin flash). La imagen de la izquierda es el resultado.<\/p>\n El electr\u00f3n<\/a> fue descubierto en 1.897 por el f\u00edsico brit\u00e1nico Joseph John Thomson (1.856 \u2013 1940). El problema de la estructura (si la hay) del electr\u00f3n<\/a> no est\u00e1 resuelto. Si el electr\u00f3n<\/a> se considera como una carga puntual, su auto-energ\u00eda es infinita y surgen dificultades en la ecuaci\u00f3n conocida como de Lorentz\u2013Dirac.<\/p>\n Muchas veces hemos hablado del electr\u00f3n<\/a> que rodea el n\u00facleo, de su carga el\u00e9ctrica negativa que complementa la positiva de los protones<\/a> y hace estable al \u00e1tomo; tiene una masa de solamente 1\/1.836 de la del n\u00facleo m\u00e1s ligero, el del hidr\u00f3geno que est\u00e1 formado por un solo prot\u00f3n<\/a>. La importancia del electr\u00f3n<\/a> es vital en el universo.<\/p>\n Pero busquemos los \u201ccuantos\u201d. La f\u00edsica del siglo XX empez\u00f3 exactamente en el a\u00f1o 1900, cuando el f\u00edsico alem\u00e1n Max Planck propuso una posible soluci\u00f3n a un problema que hab\u00eda estado intrigando a los f\u00edsicos durante a\u00f1os. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y tambi\u00e9n la radiaci\u00f3n infrarroja emitida, con menor intensidad, por los objetos m\u00e1s fr\u00edos (radiaci\u00f3n de cuerpo negro).<\/p>\n Estaba bien aceptado entonces que esta radiaci\u00f3n ten\u00eda un origen electromagn\u00e9tico y que se conoc\u00edan las leyes de la naturaleza que reg\u00edan estas ondas electromagn\u00e9ticas. Tambi\u00e9n se conoc\u00edan las leyes para el fr\u00edo y el calor, la as\u00ed llamada \u201ctermodin\u00e1mica\u201d, o al menos eso parec\u00eda. Pero si utilizamos las leyes de la termodin\u00e1mica para calcular la intensidad de una radiaci\u00f3n, el resultado no tiene ning\u00fan sentido. Los c\u00e1lculos nos dicen que se emitir\u00eda una cantidad infinita de radiaci\u00f3n en el ultravioleta m\u00e1s lejano y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiaci\u00f3n muestra un pico a una cierta longitud de onda caracter\u00edstica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para menores. Esta longitud de onda caracter\u00edstica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273\u00ba bajo cero). Cuando a 1.000 \u00baC un objeto se pone al \u201crojo vivo\u201d, el objeto est\u00e1 radiando en la zona de luz visible.<\/p>\n Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiaci\u00f3n s\u00f3lo pod\u00eda ser emitida en paquetes de un tama\u00f1o dado. La cantidad de energ\u00eda de uno de esos paquetes, o\u00a0cuantos<\/em>, es inversamente proporcional a la longitud de onda, y por tanto, proporcional a la frecuencia de radiaci\u00f3n emitida. La f\u00f3rmula es\u00a0E = h\u03bd<\/em>, donde\u00a0E<\/em>\u00a0es la energ\u00eda del paquete,\u00a0\u03bd<\/em>\u00a0es la frecuencia y\u00a0h<\/em>\u00a0es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck<\/a>. Cuando Planck calcul\u00f3 la intensidad de la radiaci\u00f3n t\u00e9rmica imponiendo esta nueva condici\u00f3n, el resultado coincidi\u00f3 perfectamente con las observaciones.<\/p>\n Poco tiempo despu\u00e9s, en 1905, Einstein<\/a> formul\u00f3 esta teor\u00eda de una manera mucho m\u00e1s tajante: \u00e9l sugiri\u00f3 que los objetos calientes no son los \u00fanicos que emiten radiaci\u00f3n en paquetes de energ\u00eda, sino que toda la radiaci\u00f3n consiste en m\u00faltiplos del paquete de energ\u00eda de Planck. El pr\u00edncipe franc\u00e9s Louis-Victor de Broglie, d\u00e1ndole otra vuelta a la teor\u00eda, propuso que no s\u00f3lo cualquier cosa que oscila tiene energ\u00eda, sino que cualquier cosa con energ\u00eda se debe comportar como una \u201conda\u201d que se extiende en una cierta regi\u00f3n del espacio, y que la frecuencia\u00a0\u03bd<\/em>\u00a0de la oscilaci\u00f3n verifica la ecuaci\u00f3n de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deber\u00edan verse como una clase de part\u00edculas elementales: el fot\u00f3n<\/a>. Todas las dem\u00e1s clases de part\u00edculas llevan asociadas\u00a0 diferentes ondas oscilantes de campos de fuerza, pero esto lo veremos m\u00e1s adelante.<\/p>\n \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Onda y part\u00edcula<\/p>\n El curioso comportamiento de los electrones<\/a> en el interior del \u00e1tomo, descubierto y explicado por el famoso f\u00edsico dan\u00e9s Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de de Broglie. Poco despu\u00e9s, en 1926, Edwin Schr\u00f6dinger descubri\u00f3 c\u00f3mo escribir la teor\u00eda ondulatoria de de Broglie con ecuaciones matem\u00e1ticas exactas. La precisi\u00f3n con la cual se pod\u00edan realizar c\u00e1lculos era asombrosa, y pronto qued\u00f3 claro que el comportamiento de todos los objetos peque\u00f1os quedaba exactamente determinado por las reci\u00e9n descubiertas \u201cecuaciones de ondas cu\u00e1nticas\u201d.<\/p>\n Est\u00e1 bien comprobado que la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica funciona de maravilla\u2026, pero, sin embargo, surge una pregunta muy formal: \u00bfQu\u00e9 significan realmente estas ecuaciones?, \u00bfQu\u00e9 es lo que est\u00e1n describiendo? Cuando Isaac Newton<\/a>, all\u00e1 en 1867 formul\u00f3 c\u00f3mo deb\u00edan moverse los planetas alrededor del Sol, estaba claro para todo el mundo qu\u00e9 significaban sus ecuaciones: que los planetas estaban siempre en una posici\u00f3n bien definida des espacio y que sus posiciones y sus velocidades en un momento concreto determinan inequ\u00edvocamente c\u00f3mo evolucionar\u00e1n las posiciones y las velocidades en el tiempo.<\/p>\n Pero para los electrones<\/a> todo es diferente. Su comportamiento parece estar envuelto en misterio. Es como si pudieran \u201cexistir\u201d en diferentes lugares simult\u00e1neamente, como si fueran una nube o una onda, y esto no es un efecto peque\u00f1o. Si se realizan experimentos con suficiente precisi\u00f3n, se puede determinar que el electr\u00f3n<\/a> parece capaz de moverse simult\u00e1neamente a lo largo de trayectorias muy separadas unas de otras. \u00bfQu\u00e9 puede significar todo esto?<\/p>\n La notable capacidad de un electr\u00f3n<\/a> de existir en dos lugares al mismo tiempo ha sido controlada en el material electr\u00f3nico m\u00e1s comun el \u2013 silicio \u2013 por primera vez, siendo este un gran avance para la electr\u00f3nica moderna y tiene un potencial enorme para el futuro y para la creaci\u00f3n de la computadora cu\u00e1ntica.<\/p>\n Imagen: El movimiento de los electrones<\/a> en el silicio. El electr\u00f3n<\/a> gira alrededor de una \u00e1tomo de f\u00f3sforo embebido en la estructura cristalina del silicio, que se muestra en plata. La distribuci\u00f3n de densidad electr\u00f3nica no perturbado, a partir de la ecuaciones de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica del movimiento se muestra en amarillo. Un pulso de l\u00e1ser<\/a> de electrones<\/a> puede modificar el estado de manera que tiene la distribuci\u00f3n de la densidad se muestra en verde. Nuestro pulso l\u00e1ser<\/a> en primer lugar, que llegan desde la izquierda, pone el electr\u00f3n<\/a> en una superposici\u00f3n de ambos estados, que podemos controlar con un segundo impulso, tambi\u00e9n desde la izquierda, para dar un pulso que se detecte que, saliendo a la derecha. Las caracter\u00edsticas de este \u201ceco\u201d del pulso nos hablan de la superposici\u00f3n que hemos hecho.<\/p>\n Cuando podamos dominar el “universo” de lo muy peque\u00f1o… \u00a1Nuestro Universo ser\u00e1 otro para nosotros!<\/p>\n \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0Sus leyes son distintas a las del mundo cotidiano que conocemos y en el que vivimos<\/p>\n Las leyes de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica han sido establecidas con mucha precisi\u00f3n; permite c\u00f3mo calcular cualquier cosa que queramos saber. Pero si queremos \u201cinterpretar\u201d el resultado, nos encontramos con una curiosa incertidumbre fundamental: que varias propiedades de las part\u00edculas peque\u00f1as no pueden estar bien definidas de manera simult\u00e1nea. Por ejemplo, podemos determinar la velocidad de una part\u00edcula con mucha precisi\u00f3n, pero entonces no sabremos exactamente d\u00f3nde se encuentra; o a la inversa, podemos determinar la posici\u00f3n con precisi\u00f3n, pero entonces su velocidad queda mal definida. Si una part\u00edcula tiene esp\u00edn<\/a> (rotaci\u00f3n alrededor de su eje), la direcci\u00f3n alrededor de la cual est\u00e1 rotando (la orientaci\u00f3n del eje) no puede ser definida con gran precisi\u00f3n.<\/p>\n No es f\u00e1cil explicar de forma sencilla de d\u00f3nde viene esta incertidumbre, pero existen ejemplos en la vida cotidiana que tienen algo parecido. La altura de un tono y la duraci\u00f3n en el tiempo durante el cual o\u00edmos el tono tienen una incertidumbre mutua similar. Para afinar un instrumento musical se debe escuchar una nota durante un cierto intervalo de tiempo y compararla, por ejemplo, con un diapas\u00f3n que debe vibrar tambi\u00e9n durante un tiempo. Notas muy breves no tienen bien definido el tono.<\/p>\n \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 S\u00ed, la m\u00fasica influye en el cerebro<\/p>\n Para que las reglas de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica funcionen, es necesario que todos los fen\u00f3menos naturales en el mundo de las cosas peque\u00f1as est\u00e9n regidos por las mismas reglas. Esto incluye a los virus, bacterias e incluso a las personas. Sin embargo, cuando m\u00e1s grande y m\u00e1s pesado es un objeto, m\u00e1s dif\u00edcil es observar las desviaciones de las leyes del movimiento \u201ccl\u00e1sicas\u201d debidas a la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Me gustar\u00eda referirme a esta exigencia tan importante y tan peculiar de la teor\u00eda con la palabra \u201cholismo<\/em>\u201d. Esto no es exactamente lo mismo que entienden algunos fil\u00f3sofos por holismo, y que podr\u00eda definir como \u201cel todo es m\u00e1s que la suma de sus partes\u201d. Si la f\u00edsica nos ha ense\u00f1ado algo es justo lo contrario. Un objeto compuesto de un gran n\u00famero de part\u00edculas puede ser entendido exactamente si se conocen las propiedades de sus partes (part\u00edculas); basta que sepamos sumar correctamente (\u00a1y esto no es nada f\u00e1cil en mec\u00e1nica cu\u00e1ntica!). Lo que entiendo por holismo es que, efectivamente, el todo es la suma de las partes, pero s\u00f3lo se puede hacer la suma si todas las partes obedecen a las mismas leyes. Por ejemplo,\u00a0 la constante de Planck<\/a>,\u00a0h<\/em>, que es igual a 6\u2019626075\u2026 \u00d7 10-34<\/sup>\u00a0Julios segundo, debe ser exactamente la misma para cualquier objeto en cualquier sitio, es decir, debe ser una constante universal.<\/p>\n Aunque la semilla la puso Planck en 1900, fue a partir de 1930 cuando la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica se aplic\u00f3 con mucho \u00e9xito a problemas relacionados con n\u00facleos at\u00f3micos, mol\u00e9culas y materia en estado s\u00f3lido. La mec\u00e1nica cu\u00e1ntica hizo posible comprender un extenso conjunto de datos, de otra manera enigm\u00e1ticos. Sus predicciones han sido de una exactitud notable. Ejemplo de \u00e9sto \u00faltimo es la incre\u00edble precisi\u00f3n de diecisiete cifras significativas del momento magn\u00e9tico del electr\u00f3n<\/a> calculadas por la EDC (Electrodin\u00e1mica Cu\u00e1ntica) comparadas con el experimento.<\/p>\n Si viajamos hacia lo muy peque\u00f1o tendremos que ir m\u00e1s all\u00e1 de los \u00e1tomos, que son objetos voluminosos y fr\u00e1giles comparados con lo que nos ocupar\u00e1 a continuaci\u00f3n: el n\u00facleo at\u00f3mico y lo que all\u00ed se encuentra. Los electrones<\/a>,\u00a0 que ahora vemos \u201ca gran distancia\u201d dando vueltas alrededor del n\u00facleo, son muy peque\u00f1os y extremadamente robustos. El n\u00facleo est\u00e1 constituido por dos especies de bloques: protones<\/a> y neutrones<\/a>. El prot\u00f3n<\/a>\u00a0 (del griego \u03c0\u03c1\u03ce\u03c4\u03bf\u03c2,\u00a0primero<\/em>) debe su nombre al hecho de que el n\u00facleo at\u00f3mico m\u00e1s sencillo, que es el hidr\u00f3geno, est\u00e1 formado por un solo prot\u00f3n<\/a>. Tiene una unidad de carga positiva. El neutr\u00f3n<\/a> recuerda al prot\u00f3n<\/a> como si fuera su hermano gemelo: su masa es pr\u00e1cticamente la misma, su esp\u00edn<\/a> es el mismo, pero en el neutr\u00f3n<\/a>, como su propio nombre da a entender, no hay carga el\u00e9ctrica; es neutro.<\/p>\n La masa de estas part\u00edculas se expresa en una unidad llamada mega-electr\u00f3n-voltio o MeV, para abreviar. Un MeV, que equivale a 106<\/sup>\u00a0electr\u00f3n-voltios, es la cantidad de energ\u00eda de movimiento que adquiere una part\u00edcula con una unidad de carga (tal como un electr\u00f3n<\/a> o un prot\u00f3n<\/a>) cuando atraviesa una diferencia de potencial de 106<\/sup>\u00a0(1.000.000) voltios. Como esta energ\u00eda se transforma en masa, el MeV es una unidad \u00fatil de masa para las part\u00edculas elementales.<\/p>\n![\"\"](\"http:\/\/img.seti.cl\/vacuum1.gif\")
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