Fundamentos de la Física Cuántica: Desde el Átomo de Bohr hasta el Principio de Incertidumbre

El átomo de Bohr

1º Postulado: Existen órbitas denominadas permitidas en las que el electrón se mueve con celeridad constante, no emite ningún tipo de radiación.

2º Postulado: Las órbitas permitidas son las únicas en las que puede moverse el electrón. Dado que estas órbitas están cuantizadas, el momento angular del electrón en ellas tomará valores discretos.

3º Postulado: El electrón solo puede pasar de unas órbitas permitidas a otras absorbiendo o emitiendo energía en forma de cuantos.

Teoría de los Cuantos (Planck 1900)

Esta teoría establece que los intercambios de energía entre la materia y la luz solo son posibles por cantidades finitas (cuantos), átomos de luz, que posteriormente se denominarán fotones. Esta teoría tropieza con el inconveniente de no poder explicar los fenómenos de tipo ondulatorio: interferencias y difracción. Nos encontramos nuevamente con dos hipótesis contradictorias: la teoría electromagnética y la de los cuantos.

Efecto Fotoeléctrico

La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina “efecto fotoeléctrico”. Sus características son:

• Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones, por más intensa que sea la radiación.
• El número de electrones aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre el metal.

De Broglie

Tiene un importante sentido físico, ya que relaciona la longitud de una onda, que es una característica de una onda, con la cantidad de movimiento, que es una característica de una partícula. Con lo cual nos dice que hay una dualidad entre onda y corpúsculo. Esta relación se puede aplicar a cualquier partícula; sin embargo, solo se aprecia a nivel microscópico. A nivel macroscópico, la longitud de onda sería pequeñísima, hasta el punto de ser despreciable.

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

Nos dice que al intentar estudiar la materia estamos interactuando con ella, y al interactuar, la estamos modificando. Por lo tanto, nunca se puede conocer con certeza la materia. Esto solo ocurre a nivel microscópico; a nivel macroscópico, este principio es despreciable. Por ejemplo, este principio nos dice que cuanto más conocemos la posición de un elemento, menos conocemos su momento lineal. Es decir, ∆x * ∆m * v >= h/2π. Este principio también es aplicable al tiempo y a la energía. Tras la aparición de este principio, la física habla de probabilidades, por ejemplo, la probabilidad de encontrar un elemento en cierta región del espacio; sin embargo, no puede hablar de certeza, de ahí su nombre: principio de incertidumbre.