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Posts Tagged ‘Max Planck’

el reloj o la nube filosofía callejera El reloj o la nube ?

Por que la física cuántica fascina, si es tan complicado ?

La teoría cuántica es esencialmente matemática , es decir, no es posible explicar los alcances de sus descubrimientos fuera del lenguaje matemático.
No es intuitiva como la física clásica ( Newton y Maxwell), es decir, se ocupa de fenómenos a un nivel micróscopico imposible de vislumbrar.
Antes se había inaugurado la era de la razón , la era de la certeza, los físicos clásicos estaban acostumbrados a lidiar con la mecánica de Isaak Newton y el electromagnetismo de James Clerk Maxwell , que constituían las dos síntesis de fenómenos físicos de mayor éxito en la historia del pensamiento.
Por un lado la Ley de gravitación de Newton fue utilizada para predecir los movimientos de los planetas con gran precisión.
Por otro con la teoría de las ondas electromagnéticas , Maxwell predijo la existencia de las ondas de luz invisibles, que más adelante Hertz detectó y hoy se llaman ondas de radio.
Aparentemente los físicos pudieron explicar todos los fenómenos de la naturaleza y se llegó hasta el colmo de la petulancia que el premio nobel norteamericano Albert Michelson, pensó que no había más nada que descubrir en física y que había que cerrar el boliche de los nuevos descubrimientos de la naturaleza.

Postulados de la fisica clásica:

1. El universo era como una máquina gigante que operaba en un marco de tiempo y espacio absolutos. Los movimientos complicados podían entenderse como movimientos simples de las piezas internas de la máquina, aún si no era posible visualizar tales piezas.
2. La síntesis newtoniana implicaba que todo movimiento tenía una causa . Si un cuerpo manifestaba algún movimiento , siempre podía imaginarse que lo producía. Simplemente se trataba de causa y efecto , y nadie lo cuestionaba.
3. Si se conocía el estado de movimiento en un momento dado , por ejemplo , el presente, era posible determinarlo en cualquier otro del futuro o incluso del pasado. No había nada incierto, todo era consecuencia de una causa anterior. Esto era el determinismo.
4. Las propiedades de la luz habían sido descriptas en forma cabal por la teoría de la onda electromagnética de Maxwell y confirmadas a través de los patrones de interferencia observados en un sencillo experimento de ranura doble llevado a cabo por Thomas Young en 1802.
5. Existían dos modelos físicos para explicar la energía en movimiento , el de las partículas , representadas por esferas impenetrables similares a bolas de billar , y el de las ondas , semejantes a las olas que aparecen en la superficie del mar y barren la playa. Estos modelos se excluyen mutuamente, es decir, que la energía puede tomar sólo una de estas formas.
6. Era posible medir con la precisión deseada las propiedades de un sistema, tales como la temperatura o velocidad. Bastaba con reducir la intensidad del sondeo del observador o realizar las correcciones necesarias a través de un ajuste teórico. Los sistemas atómicos no eran considerados una excepción.
Los físicos clásicos creían que estas aseveraciones eran absolutamente ciertas, pero con el tiempo , los 6 supuestos resultarían dudosos. Los primeros en saberlo fueron los físicos que se reunieron en el Hotel Metropole de Bruselas el 24 de Octubre de 1927.

Las generaciones futuras se maravillarán ante la proximidad en tiempo y espacio que reunió a estos gigantes de la física cuántica en 1927.

Los más importantes contribuyentes :

1. Max Planck ( 1858-1947) Quien postuló que la materia absorbe y emite radiación electromagnética en paquetes de energía llamados cuantos , cuyo tamaño es proporcional a la frecuencia de la radiación. (e = h.f)
2. Albert Einstein (1879-1955) Quien demostró que la luz existe siempre bajo la forma de cuantos , explicó el efecto fotoeléctrico.
3.Niels Bohr ( 1885-1962) Hizo una interpretación probabilística de la teoria cuántica.
4.Erwin Schrodinger (1887-1961) Su formulación llamada mecánica ondulatoria , también es famoso por su famoso experimento mental del “gato en la caja”.
5. Werner Heisenberg ( 1901-1976) Su formulación es una mécanica matricial, introdujo el principio de incertidumbre.
6. Paul Dirac ( 1902-1984) Su formulación llamada Electrodinámica cuántica, demostró que la formulación de Heisenberg y Schroringer eran equivalentes. Partiendo desde una óptica ondulatoria o corpuscular obtenía la solución de ambas maneras.
7. Wolfgang Pauli (1900-1958) Su famoso principio de exclusión , pudo explicar la rotación oculta del electrón.

Cada uno de estos físicos entre otros han contribuido a que nuestra visión del mundo cambiara por completo.
Antes la física era determinista, ahora es probabilista , es decir, no es posible tener certeza acerca de la posición o velocidad de una partícula dada.
Existe una limitación en la precisión entre la posición y el impulso.
A fin de ubicar o ver cualquier objeto con precisión , la radiación que lo ilumina debe ser significativamente menor al objeto mismo. En el caso de un electrón atómico estamos hablando de ondas mucho menores que las ultravioletas , pues el diámetro del átomo de hidrógeno en su totalidad es sólo una fracción de la longitud de onda de la luz visible.
Por esto es imposible ver a escala microscópica.
Los saltos cuánticos impredecibles no permiten determinar de antemano nada.

Se ha utilizado la alegóría del reloj para hablar de nuestro universo como una caja con su partes trabajando en forma encadenada y coordinada.
Con la nueva fisica la cosa se parece más a una nube en el cielo , que no tiene formas determinadas y está sujeto a factores impredecibles.

La filosofía de la naturaleza se ha vuelto cabeza abajo desde la época de Newton.

Sin duda es el científico más famoso de la historia, todos oyeron hablar de Albert Einstein .
Pero lo que pocos saben es que su aporte mas importante para la ciencia y la tecnología que hoy disfrutamos, no consistió por el que se hizo famoso; la teoria de la relatividad especial y general.
No señor , fue su aporte para la física de partículas que hace cien años aún estaba en pañales.
En la entrada anterior , se dijo que tres problemas no podían ser explicados por la física clásica o vigente de esos días .
1. El problema del cuerpo negro: explicado por los cuantos de Max Planck
2. El efecto fotoeléctrico : Explicado por Albert Einstein con los fotones.
3. Los espectros de luz y líneas brillantes: explicado por Niels Borh con su modelo de átomo.

Ahora nos ocuparemos del efecto fotoeléctrico.
Que es este efecto ?
Sencillamente es el fenómeno que ocurre cuando hoy quieres entrar al supermercado y la puerta se abre automáticamente cuando te acercas y luego se cierra cuando ya estás dentro.
El dispositivo que hace posible este servicio, sigue el principio físico del efecto fotoeléctrico.
En aquellos días un científico llamado Philipp Lenard (1862-1947), realizaba experimentos con haces de luz que hacía rebotar sobre una lámina metálica.
Notó que a medida que chocaba dichos haces contra el metal, arrancaba electrones del mismo.
Para explicar este fenómeno con la física clásica , bastaba con pensar que si se aumentaba la cantidad de luz , aumentaría también la cantidad de electrones arrancados del metal.
Pero esto no ocurría …
Es más , en cierto momento por más cantidad de luz que se enviaba contra el metal, llegaba incluso a no arrancar ni un solo electrón . como era posible ?

Albert Einstein , se ocupó en dar la explicación a este fenómeno postulando la existencia de fotones o partículas de luz
Partío desde una ecuación fundamental en la física S = K.log.W además de otras para dar una explicación del fenómeno.

Supuso que un cuanto de luz transmite toda su energia (h f ) ecuación de Planck al electrón , el cual a llegar a la superficie , pierde un poco de su energía . Loe electrones que abandonen el metal a mayor velocidad serán los que se ubiquen cerca de la superficie.
No todos los fotones tienen la misma energía , con la ecuación de Max Planck se inhibe dicha equipartición ( a medida que aumenta la radiación disminuye la frecuencia ).
Por eso no importa que cantidad de luz se use contra el metal, no depende de eso, depende de la frecuencia del mismo.
Este descubrimiento le valió a Einstein el premio Nobel en el año 1921

Lo paradógico de todo esto es que tanto el fundador de la teoría cuántica Max Planck , como Albert Einstein , no lograron comprender el alcance de estos descubrimientos, prácticamente se dejaron guiar por las ecuaciones a ciegas de lo que implicaría en el futuro.
Era imposible saber que utilidad tendría todo eso. Por supuesto que el nuevo modelo de física que se estaba edificando tendría que contar con los fotones.

Quien diría que esto llevaría unos años más tarde a explicar las reacciones químicas, el descubrimiento de los rayos lasers, los microchips, las estabilidad del ADN , una visión filosófica diferente del mundo, exploración del mundo de la consciencia, el libre albedrío etc.

Para quienes piensan que Albert Einstein, Max Planck, Niels Borh , Pauli, Dirac, de Broglie, Heisenberg o Born son gente pasada de moda, deberían saber que toda la tecnología al alcance de sus manos, inclusive la computadora que hace posible este blog, no hubiese sido posible sin la reunión casi milagrosa de tantos genios en un periodo de tiempo tan corto.
Como dijo una vez Winston Chirchill “Nunca antes tantos debieron tanto a tan pocos “.

Hasta la próxima.

Ya hemos hablado anteriormente acerca de lo que es un paradigma, en esta ocasión agregamos que un paradigma es un conjunto de supuestos implícitos que no se someten a evaluación , de hecho, son inconscientes . Son parte de nuestra manera de pensar y sentir la realidad.
El paradigma es como un zapato, nadie piensa en él , hasta que nos aprieta o nos incomoda. Son como cristales a través de los cuales percibimos la realidad.
Cuando todos creían que la tierra era plana, nadie se atrevía a cuestionar su lógica hasta que las preguntas surgieron y fue superado por otro paradigma.
Cuando se creía que las pestes eran un castigo divino, nadie pensaba en otras causas, hasta que algunos descubrieron los gérmenes y surgió otro paradigma.
Entonces, el paradigma es un sistema de creencias de una cultura determinada.
Algunos elementos:
1. Son provisionales: Un paradigma es una visión parcial de la realidad, como dijimos de una cultura determinada.Cuando existen contradicciones internas son superadas por otras.
2. Pueden coexistir dos o más paradigmas en una cultura determinada, por ejemplo una persona puede estar al día con la tecnología de la información ( paradigma cuántico), al tiempo que consulta vía celular su horóscopo ( paradigma astrológico)

Los grandes paradigmas o modelos de creencias que dominaron el mundo :

1. Mentalidad mágica:

– Creencia en seres caprichosos que rigen los fenómenos atmosféricos
– Temor a infringir ciertos tabúes que podrían acarrear desgracias
– El hombre no es libre sino regido por astros.
– La enfermedad como castigo divino.
– El hombre no debe cambiar las cosas

2. Mentalidad Ciéntifica:

– Revolución Newtoniana :

Isaak Newton (1642-1727) ,Dio inicio a un nuevo paradigma con leyes naturales que rigen para todo y para todos, con ello pudo darse inicio a la revolución industrial y el modelo democrático que hoy está vigente.
. Uso de las matemáticas para explicar los fenómenos de la naturaleza.
. El modelo newtoniano permitió la invención de máquinas que hicieron
posible la industrialización y el progreso.
. Pudo dar explicación incluso a fenómenos planetarios que fueron vigentes hasta
la llegada de Albert Eistein.
El modelo mecanicista newtoniano se tradujo en casi todo:
– Invención de la máquina vapor , para secar minas al principio y luego el ferrocarril, más tarde el automóvil ( conserva el mismo principio mecánico).
– Se cimentaron las bases de la termodinámica con sus dos leyes:
* Conservación de la energía ( Hermann Von Helmholtz) 1821-1894
* Entropía (Rudolf Clasius 1822-1888) quien denominó 1ra. ley a la anterior y 2da. a ésta.)

– Las leyes de Newton hicieron posible la ingeniería a escala.
Su libro “Principios matemáticos de la filosofía natural ” ( Principia..)
fue el único tratado filosófíco que pudo explicar mediante las matemáticas , todas las leyes de la naturaleza, estuvo vigente hasta que se hallaron contradicciones que dieron inicio a la revolución llamada más tarde, cuántica.

– Revolución cuántica:

Es muy difícil explicar la teoría cuántica sino se tiene preparación en matemáticas avanzadas, pero haré el intento de explicar los fenómenos que dieron inicio a esta revolución y cambio de paradigma.

. Te haz preguntado porque el equipo de sonido de tus abuelos era una caja grande, y en cambio hoy día es apenas un equipo de bolsillo ?
. Los relojes de péndulo antiguas eran grandes y llenas de engranajes, y los relojes de hoy prácticamente se resumen de chips.
Hace apenas veinte años las máquinas de escribir eran mecánicas y pesadas, en cambio hoy día prácticamente ha sido reemplazada por las computadoras.

Factor común ? Disminución en tamaño y cambio de soporte

La mayoría de los televidentes seguro que se acuerdan de la famosa serie Jim West de los años 60 , o la última versión del cine protagonizado por Will Smith
en el que encarnan a un personaje tipo James Bond con científico incluído pero ambientado en el lejano Oeste futurista.
Te has fijado que toda la tecnología que rodea a la historia es la revolución newtoniana pero mejorada al punto de ficción ? ( pero movido todo a vapor ).

Hoy día todo es más reducido y electrónico, pero cuales son los principios que rigen esta nueva tecnología ?

Vamos a hablar porque se dice C U A N T I C A !

Cuántica, proviene de cuanto o cantidad , los paquetes de energía que constituye la mínima fracción de toda realidad.
Antes se creía que la energía podía ser dividida en infinitas partes, pero a partir de Max Planck (1858-1947) , quien descubrió matemáticamente una constante que más adelante se llamará constante de Planck , podrá dar explicación a fenómenos que la física Newtoniana no podía dar acerca de la radiación del cuerpo negro.

Dijimos que un paradigma es vigente hasta que tambalea en algo y se producen cambios que llevan a otro esquema mental.
Bueno, los problemas comenzaron cuando no se pudo dar explicaciones a tres fenómenos principales con los conocimientos de entonces:

1. Radiación del cuerpo negro : explicado por Max Planck con los cuantos
2. El efecto fotoeléctrico : explicado por Albert Eintein con las partículas de luz
3. Los espectros ópticos : explicado por Niels Bohr con su modelo de átomo

Radiación del cuerpo negro ?

Cuerpo negro es una caja de laboratorio para experimentar con el calor , el cual tiene la cualidad de absorber todo el calor que llega a el.

Los cuantos o partes de energía se creían que eran todas iguales y esto trajo problemas cuando se quería explicar el calor de un horno.
Matemáticamente conforme a las teorías vigentes hasta entonces, con el tiempo si aumentaba la temperatura de un horno, también aumentaba la frecuencia de la energía de cada cuanto y podría ser mortal para cualquiera que estuviere cerca. ( la energía total podía ser infinita y quemar todo !!!).
Pero los experimentos no mostraban eso. por consiguiente la teoría falla.
Planck descubrió que si la energía era discontinua, era posible explicar porque tal incendio no ocurría , su ecuación es esta E = hf ( Energía es igual a la constante que el descubrió multiplicado la frecuencia).

En pocas palabras , Max Plank fue el que inició todo eso de la revolución cuántica.
pero falta mucho tiempo y muchos aportes para llegar a lo que hoy conocemos

Hasta la próxima !!!!!