mecanica cuantica

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“No tomen esta platica demasiado en serio . . . Solo relájense y disfrútenla. Voy a decirles como se comporta la naturaleza. Si ustedes solamente aceptan que la naturaleza se comporta así, van a ver que es algo fascinante y encantador. No se la pasen preguntándose “¿Pero cómo puede ser así?" porque entonces se encontrarán...en un callejón sin salida, del que nadie ha podido escapar todavía. Nadie sabe porqué es así.“

Richard Feynman

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mecanica cuantica

  1. 1. MECÁNICA CUÁNTICA POR RUBÉN TREVIÑO SOCIEDAD ASTRONÓMICA DEL PLANETARIO ALFA O EN OTRAS PALABRAS … ¿QUÉ ESTÁN FUMANDO?
  2. 2. Esta conferencia llega a Usted gracias a www.astronomos.org
  3. 3. “No tomen esta platica demasiado en serio . . . Solo relajense y disfrutenla. Voy a decirles como se comporta la naturaleza. Si ustedes solamente aceptan que la naturaleza se comporta así, van a ver que es algo fascinante y encantador. No se la pasen preguntandose “¿Pero cómo puede ser así?quot; porque entonces se encontrarán...en un callejón sin salida, del que nadie ha podido escapar todavia. Nadie sabe porqué es así.“ Richard Feynman
  4. 4. Mecánica Cuántica Teoría de la física moderna que estudia la absorción y emisión de energía por parte de la materia, así como el movimiento de las partículas atómicas
  5. 5. Energía y Materia La energía es un fenómeno continuo y se da en forma de ondas (ie.:radiación) La materia ocupa un lugar específico en el espacio y se da en forma de partículas (ie.:arena)
  6. 6. NATURALEZA DE LA LUZ La Pelea del Siglo
  7. 7. Corpuscular Sombras recortadas Propagación: En línea recta Reflexión: Rebote Refracción: Más rápido ¿Más Rápido? ¿Qué pasa al cruzar dos rayos de luz? Isaac Newton
  8. 8. Ondulatoria Los rayos podrían cruzarse Refracción: Más Lento Diferentes refracciones por color (dif. long. de onda) ¿Propagación? ¿Sombras recortadas? ¿Viajan por el vacío? Christian Huyghens
  9. 9. Un Siglo de Peleas Newton tenia más seguidores, principalmente por su gran prestigio
  10. 10. Thomas Young Incluso calculó la longitud de onda de la luz
  11. 11. Radiación Electromagnética Toda radiación electromagnética cumple con la siguiente ecuación f λ=c Por lo tanto la luz es una radiación electromagnética James Clerk Maxwell
  12. 12. Knock-out: Ondulatoria Propagación Reflexión Refracción Interferencia Sombras recortadas Viajar por el vacío Velocidad constante
  13. 13. Salvado por la Campana Al aumentar la temperatura, se aumenta la cantidad de energía radiada Al aumentar la temperatura, se incrementa la intensidad de los colores azules ¿Qué dice Maxwell? Maxwell predice la “Catástrofe Ultravioleta”
  14. 14. Max Plank: Padre de la Física Quántica Energía de los cuerpos negros: E=hf Encontró h= 6.63 x 10-34 Js (constante de Plank) Implicaciones La energía total cambia discretamente (Quantos) Esta energía se emite en fotones que son partículas … especuló que dichas partículas desaparecen rápidamente
  15. 15. Efecto Fotoeléctrico: La Luz como Partícula Experimento de Phillip Lenard Explicación de Einstein (Antes por H Hetz) usando la física quántica de Plank Maxwell no lo explica
  16. 16. La Luz como Onda E=mc2=mcc E=pc c=fλ E=hf hf=pfλ h/p=λ Louis de Broglie
  17. 17. Propiedades Duales del Fotón
  18. 18. Propiedad Dual del Fotón Si, partícula …. Pero: Sin masa Con frecuencia Con longitud de onda ¿Una planta con piernas?
  19. 19. ALTO !!!
  20. 20. Análisis del Espectro de la Radiación
  21. 21. Estructura del Átomo JJ Thompson descubrió el electrón E Rutherford descubrió el protón E Rutherford descubrió que el núcleo esta formado de protones, y los electrones forman una nube James Chadwick descubrió el Neutrón Ley de Coulomb en lugar de Ley de Newton Ernest Rutherford
  22. 22. Estructura del Átomo Maxwell dice que este modelo no puede existir: Una carga eléctrica acelerada radiará energía, colapsando el electrón Dicha radiación se vería como un espectro continuo
  23. 23. Estructura del Átomo Usando las ideas de Plank, Bohr asumió: Un electrón no emite radiación, si está en una orbita elíptica (para evitar a Maxwell) Solo se permiten algunas orbitas discretas (líneas en el espectro) Un electrón emite o absorbe energía, solo cuando cambia de orbita (introducir el fotón) Niels Bohr
  24. 24. Estructura del Átomo Definiciones de Bohr ¿Por qué usar a Plank? … porque da resultados correctos Números cuánticos principales: 1=K, 2=L, 3=M, … Por ser elipses: n = número cuántico principal, l = número cuántico orbital, m = número cuántico magnético Había líneas de mas s = número cuántico de “spin”
  25. 25. Los Salvadores de Rutherford
  26. 26. Estructura del Átomo Electrón (n, l, m, s) Ningún electrón puede tener los 4 números cuánticos iguales Electrones por orbita: 2n2 Esto explica la tabla periódica de elementos, y la líneas del espectro de átomos complejos Wolfgang Pauli
  27. 27. Estado de la Física Cuántica Plank usó la termodinámica para dar una explicación matemática de la radiación de cuerpos negros Bohr uso la teoría de Plank, para dar una explicación matemática del modelo atómico de Rutherford Einstein y De Broglie probaron la dualidad de los fotones y de las partículas atómicas La comunidad científica sabía que se requería un nuevo cuerpo de conocimientos, para explicar la naturaleza de la materia
  28. 28. Mecánica Cuántica Paul Dirac Erwin Schroedinger Werner Heisenberg
  29. 29. Ecuación de Schroedinger Plank: de onda a partícula Schroedinger: de partícula a onda Describe: Comportamiento de objetos de mecánica cuántica (i.e.:electrones) Propiedades ondulatorias de De Broglie Niveles de enegría de Bohr De la ecuación se derivan los 3 números cuánticos de Bohr (n, l, m)
  30. 30. ¿Qué Representa? Schroedinger: Onda paralela que describe la posición del electrón Schroedinger: Densidad de la carga eléctrica del electrón ????? Max Born: Probabilidad de que el electrón aparezca en un determinado lugar !!!!!!!
  31. 31. Las Matrices de Heisenberg Heisenberg odiaba el modelo planetario de Bohr La única forma de describir la posición de un electrón era en una matriz La única forma de describir el momentum de un electrón era en una matriz No hay un significado preciso para la posición o la velocidad de una partícula
  32. 32. El Principio de Incertidumbre Es imposible medir simultáneamente la posición y la velocidad de una partícula con una precisión infinita Δp * Δx ≥ h/2π
  33. 33. Teoría General de Dirac Relacionó los trabajos de Schroedinger y Heisenberg Obedece la Teoría Especial de la Relatividad Se deriva la variable de “spin” que faltaba Primer Teoría de Campo Cuántica La luz podía ser descrita apropiadamente como onda o como partícula
  34. 34. Positrones La teoría de Dirac predice la existencia de un electrón con carga positiva o “Positrón” Si un positrón choca con un electrón, se eliminan (anti-electrón) Carl Anderson descubrió el positrón Se predice la antimateria
  35. 35. La Interpretación de Copenhague Complementariedad de la naturaleza dual de las partículas Matrices Probabilidad Incertidumbre Múltiples estados simultáneos Antipartículas
  36. 36. Probabilidades Tunelear
  37. 37. El Gato de Schroedinger Múltiples Estados Simultáneos
  38. 38. El Observador Colapsa la Función de Onda
  39. 39. Naturaleza Dual de las Partículas
  40. 40. Dios No Juega a los Dados
  41. 41. La Paradoja EPR Einstein-Podolsky-Rosen
  42. 42. ¡Gran Reve!
  43. 43. La llegada de los Experimentalistas ¿Quién ordeno esto? … El Muón El Neutrino de Pauli En 1968 se descubrió que los Protones y Neutrones estaban hechos de Quarks Más choques … El Tau, otros tipos de Neutrinos, Otros tipos de Quarks
  44. 44. Las Teorías de la Física más Exactas de la Historia La Teoría General de la Relatividad gobierna la estructura a gran escala del universo, y se basa en la fuerza de la gravedad, que es muy débil, pero actúa a grandes distancias. La Mecánica Cuántica gobierna la estructura atómica de la materia, y se basa en las fuerzas electromagnéticas y nucleares, que son muy fuertes, pero solo actúan a distancias cortas
  45. 45. quot;Oh, East is East, and West is West, and never the twain shall meet.quot;
  46. 46. Tarea Pendiente Gran Teoría Unificada
  47. 47. ¿Posible Solución? Teoría de las Supercuerdas En lugar de partículas puntuales, son cuerdas Existen en espacios de más dimensiones que las que experimentamos La teoría de cuerdas está evolucionando a la teoría de membranas Hay avances prometedores en la unión de la Mecánica Cuántica y la Teoría General de la Relatividad
  48. 48. Universo Determinístico Después de estudiar el éxito de las teorías de Isaac Newton, Laplace aseguró que la naturaleza del universo era totalmente determinística El principio de incertidumbre y la mecánica cuántica en general, dicen lo contrario Pierre-Simon Laplace
  49. 49. Mecánica Cuántica y Astronomía
  50. 50. Mecánica Cuántica y Astronomía Análisis de la Radiación Índice de Color Clasificación Espectral Líneas de Absorción Temperaturas
  51. 51. Lectura Recomendada
  52. 52. www.astronomos.org Derechos Reservados Monterrey, N.L. México Las marcas, logotipos, avisos comerciales, signos distintivos, nombres comerciales, patentes, diseños, personajes, conceptos, slogans, documentos y demás derechos de Propiedad Intelectual en lo sucesivo la quot;Propiedad Intelectualquot; exhibidas en el Sitio son propiedad de www.astronomos.org y de terceros según sea el caso; sin que pueda entenderse que por simple hecho de que el Usuario pueda acceder al Sitio o al presente documento tenga derecho alguno sobre dicha Propiedad Intelectual. El uso de la información contenida en este sitio es responsabilidad de quien la consulte, copie o accese de nuestras páginas de información. LA DISTRIBUCIÓN DE ESTE MATERIAL ES GRATUITO. PROHIBIDO ALTERAR SU CONTENIDO. ESTRICTAMENTE PROHIBIDA LA COMERCIALIZACIÓN Y/O IMPRESIÓN SIN CONSENTIMIENTO POR ESCRITO DEL AUTOR

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