La física cuántica realzó la importancia de la física teórica, que recurre al lenguaje matemático para desarrollar modelos y teorías.
La física cuántica es la especialidad científica que analiza la materia a escala muy pequeña. Por lo tanto lleva a cabo sus estudios a nivel atómico e incluso subatómico.
A la física cuántica también se la conoce como mecánica cuántica. A lo largo de la historia, sus aportes contribuyeron a comprender diversos fenómenos naturales y posibilitaron el desarrollo de la tecnología que se emplea en la actualidad.
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ResumenOrigen de la física cuántica
El origen de la física cuántica se sitúa a comienzos del siglo XX. Surgió a partir de la falta de respuestas de la física clásica ante diversos problemas, una realidad que llevó poco a poco al desarrollo de nuevas teorías y marcos conceptuales.
Se suele mencionar al alemán Max Planck (1858–1947) como el padre de la física cuántica. Planck indicó que la energía que irradia un cuerpo negro es discreta y no continua, cuando hasta entonces se sostenía que existía una emisión, propagación y absorción de la energía que era continua e incluso infinita.
Cabe destacar que un cuerpo negro es un elemento ideal que lleva a cabo la absorción de la totalidad de la energía electromagnética incidente, más allá del ángulo de incidencia y de la frecuencia. A partir del descubrimiento de Planck, se entiende que la energía se absorbe, emite y propaga en cantidades muy pequeñas: los cuantos, una cantidad que resulta indivisible y que guarda proporción con la frecuencia del campo asociado. En este marco, se conoce como ley de Planck al postulado que refiere a la radiación electromagnética que emite un cuerpo negro que está en equilibrio térmico en una determinada temperatura.
Para la física cuántica, por extensión, el cuanto es el valor más pequeño que puede adoptar una magnitud en un determinado sistema físico. A esta idea se sumaron otras que propiciaron la irrupción de la física cuántica, como la llamada dualidad onda-corpúsculo u onda-partícula.
Dicha dualidad alude a que la materia y la luz pueden tener tanto propiedades de onda como de partícula. En este sentido, hay que decir que Louis-Victor de Broglie consideró que el momento de una partícula resulta inversamente proporcional a la longitud de onda y que la llamada constante de Planck es el factor proporcional en cuestión.
Es interesante mencionar que Planck intentó, sin éxito, que sus teorías encajen con la física clásica. En cambio, desarrollos de otros científicos sí resultaron coincidentes con los planteos de Planck y se adecuaron a sus principios. Así fue avanzando el campo de la física cuántica, con importantes contribuciones de Albert Einstein (autor de la teoría de la relatividad general y la teoría de la relatividad especial), Niels Bohr, Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger, entre otros pensadores.
El modelo estándar de la física de partículas es una teoría cuántica de campos, que aplica los principios de la física cuántica al campo electromagnético y otros sistemas clásicos.
Sus consecuencias
Partiendo de la física cuántica, las leyes de Newton (presentadas por Isaac Newton en el siglo XVII) ya no pueden emplearse para la descripción del movimiento de las partículas. Se necesita, en cambio, la ecuación de Schrödinger para hacer mención a cómo se propaga la función de onda relacionada con una partícula.
La cuantización del momento y la energía; el efecto túnel (que indica que un electrón ocasionalmente puede atravesar paredes de energía por la dualidad onda-corpúsculo); el principio de incertidumbre de Heisenberg (referente a que no es posible conocer con exactitud todas las propiedades de las partículas en observación); y la clasificación de partículas en fermiones y bosones son otras consecuencias de la consideración de la física cuántica.
Debe tenerse en cuenta que una partícula cuántica se considera como una onda de probabilidad. Dado que es imposible saber de forma exacta dónde se ubica y cuál es su estado hasta el instante de la interacción, es en ese momento cuando se dejan de lado el resto de las posibilidades que, hasta entonces, eran reales.
Para la física cuántica, el estado de energía más bajo que puede adquirir un sistema es su estado fundamental.
La relación entre la física cuántica y la física clásica
Como ya indicamos, la física cuántica surgió como un intento de dar una respuesta a aquellas cuestiones que la física clásica no logra responder. Si bien ambas áreas de la física resultan incompatibles en muchos aspectos, está claro que mantienen una relación: se denomina límite clásico al vínculo entre ambas ramas de la física.
Para la física cuántica, la energía se absorbe y se emite en cuantos y las partículas disponen de propiedades ondulatorias. La física clásica, en cambio, cree que la energía es un fenómeno continuo y que la materia se ubica en un lugar concreto del espacio.
Lo que hace la física cuántica es analizar el comportamiento de fotones, quarks, electrones, protones, neutrones y otras partículas subatómicas. Así, ofrece una explicación acerca de lo que sucede adentro de los átomos.
Es interesante mencionar que, con el objetivo de llevar a cabo la cuantización de la gravedad, surgió la gravedad cuántica. Su finalidad es recurrir a las herramientas de las teorías cuánticas para lograr una descripción del comportamiento de la gravedad, que es una de las interacciones fundamentales. La teoría cuántica de la gravedad y la gravedad cuántica de bucles son modelos propuestos con dicho objetivo.
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