Partículas y Ondas (Universo Mecánico 50)

Summary

Este guion revela la transición de la física clásica a la cuántica. Explica cómo la luz, a pesar de ser una onda, también se comporta como partículas llamadas fotones. Se discute la ecuación de Planck y el efecto fotoeléctrico de Einstein, que confirma la existencia de los paquetes de energía de Planck. Además, se presenta la idea de de Broglie de que las partículas pueden tener propiedades ondulatorias, lo que lleva a la formulación de la mecánica ondulatoria de Schrödinger. Finalmente, se explica cómo la incertidumbre de Heisenberg establece un límite fundamental en la precisión con la que se pueden conocer la posición y la cantidad de movimiento de una partícula.

Takeaways

• 🔬 El doctor Max Planck se dio cuenta de que la teoría de Maxwell no podía explicar por qué los cuerpos brillantes emitían menos luz a frecuencias más altas.
• 🌡️ La temperatura de un cuerpo influye en el color que emite, un fenómeno que llevó a la formulación de la ecuación de Planck.
• 💡 La ecuación de Planck sugiere que la energía de la luz está relacionada con su frecuencia, lo que plantea la idea de que la luz es absorbida y emitida en paquetes discretos de energía.
• 🌞 El efecto fotoeléctrico, que describe cómo los electrones son liberados de un metal por la luz ultravioleta, fue explicado por Albert Einstein y confirmó la existencia de los paquetes de energía de Planck como partículas en el campo electromagnético.
• 🌊 La dualidad onda-partícula de la luz fue planteada por Louis de Broglie, lo que sugiere que las partículas como los electrones pueden comportarse como ondas.
• 🌀 La teoría de Schrödinger, basada en la idea de de Broglie, describe la naturaleza de los electrones y la luz como ondas que pueden estar concentradas en un lugar específico, pero no son ni partículas ni ondas puras.
• 🔄 La teoría de Bohr del átomo se amplió con la idea de que los electrones existen en órbitas de tamaños determinados, lo que se relaciona con las longitudes de onda enteras de las ondas electrónicas.
• 🎲 La mecánica cuántica, que describe el comportamiento de las partículas a pequeña escala, se basa en probabilidades y no puede predecir con certeza la posición o la cantidad de movimiento de una partícula.
• 🚫 El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que no se puede conocer simultáneamente la posición y la cantidad de movimiento de una partícula con precisión absoluta.
• 👓 La polarización de la luz, que es una propiedad ondulatoria, también puede ser explicada en términos de partículas, donde los fotones de luz tienen una cierta probabilidad de pasar a través de un filtro polarizado dependiendo de su orientación.

Q & A

¿Qué problema desconcertante de la estructura del átomo llevó a los científicos a buscar nuevas ideas?

El problema desconcertante era explicar el comportamiento de los cuerpos brillantes y su emisión de luz en función de su temperatura, lo cual no podía ser explicado por la teoría de Maxwell.

¿Qué fenómeno común desencadenó la curiosidad científica de Max Planck?

El fenómeno de la bombilla incandescente y cómo el color de la luz cambia con la temperatura del filamento.

¿Cuál fue la ecuación que Max Planck escribió para explicar la emisión de luz por los cuerpos brillantes?

La ecuación de Planck establece que la energía de la luz es igual a una constante (h) multiplicada por la frecuencia (f): E = h * f.

¿Qué fenómeno demuestra la dualidad onda-partícula de la luz?

El efecto fotoeléctrico, donde los electrones son liberados de un metal al ser golpeados por luz ultravioleta, demuestra la naturaleza discreta y particulada de la luz.

¿Cómo contribuyó Albert Einstein a la comprensión del efecto fotoeléctrico?

Einstein explicó el efecto fotoeléctrico sugiriendo que los electrones pueden ganar suficiente energía para escapar del metal si absorben paquetes de luz (fotones) con energía suficiente.

¿Qué implicación tuvo la ecuación de Einstein para la teoría de la relatividad y la física cuántica?

La ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico confirmó la existencia de los fotones y estableció una conexión entre la energía de una partícula y la frecuencia de su onda, lo que apoyaba la teoría de la relatividad y la física cuántica.

¿Cuál fue la pregunta crucial que Louis de Broglie formuló en la década de 1920?

Louis de Broglie formuló la pregunta de si, como las ondas de luz pueden ser particulas, es posible que las partículas como los electrones también puedan ser ondas.

¿Qué teoría desarrolló Erwin Schrödinger basándose en la idea de Louis de Broglie?

Erwin Schrödinger desarrolló la mecánica ondulatoria, una teoría que describe la naturaleza de las partículas subatómicas como ondas y utiliza la ecuación de Schrödinger para predecir el comportamiento de estas partículas.

¿Qué principio fundamental de la naturaleza propuso Werner Heisenberg?

Werner Heisenberg propuso el principio de incertidumbre, que establece que es imposible conocer simultáneamente la posición exacta y la cantidad de movimiento exacta de una partícula.

¿Cómo se relaciona la constante de Planck con el principio de incertidumbre de Heisenberg?

La constante de Planck (h) aparece en la relación del principio de incertidumbre, donde el producto de la incertidumbre en la posición (Δx) y la incertidumbre en la cantidad de movimiento (Δp) es aproximadamente igual a la constante de Planck (h/4π).

¿Qué demostración se describe al final del guion para ilustrar cómo funciona la polarización de la luz?

Se describe una demostración con cristales de polaroid para ilustrar cómo la luz puede ser polarizada en una única dirección y cómo la rotación de los cristales afecta la cantidad de luz que pasa a través de ellos.

Outlines

00:00

🔬 La luz y la física moderna

Este párrafo introduce el problema histórico de la estructura del átomo y cómo la luz jugó un papel crucial en su estudio. Se describe cómo la luz de diferentes temperaturas produce colores específicos y cómo Max Planck, al intentar explicar este fenómeno, formuló la ecuación que relaciona la energía de la luz con su frecuencia, dando lugar a la constante de Planck. La teoría de Planck sugiere que la luz es absorbida y emitida en paquetes discretos de energía, lo que plantea una nueva y fundamental verdad sobre la naturaleza de la luz.

05:01

🌌 El efecto fotoeléctrico y la luz como partículas

El párrafo explora el efecto fotoeléctrico, donde la luz ultravioleta provoca la descarga de electrones en un electroscopio, lo que confirma la teoría de Planck y sugiere que la luz viaja en paquetes de energía conocidos como fotones. Albert Einstein, al explicar el efecto fotoeléctrico, ganó el Premio Nobel de Física. La ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein y la verificación experimental de Robert A. Millikan se mencionan para demostrar que la luz ultravioleta puede proporcionar la energía necesaria para que los electrones escapen de un metal.

10:03

🌉 Ondas y partículas: la dualidad de la luz

Aquí se plantea la idea de que las partículas, como los electrones, pueden tener propiedades ondulatorias, lo que llevó a Louis de Broglie a sugerir que la energía de una partícula está relacionada con la frecuencia de su onda y su cantidad de movimiento con la longitud de onda. Esta idea fue radical y sugirió que las partículas pueden comportarse como ondas, lo que se confirmó experimentalmente al observar que los haces de electrones pueden producir patrones de interferencia similares a los de la luz.

15:05

🌐 La mecánica ondulatoria y el modelo atómico de Bohr

Se explica cómo la idea de de Broglie, que los electrones son ondas, ayudó a explicar el modelo atómico de Niels Bohr, donde los electrones solo pueden existir en órbitas de tamaños específicos. La longitud de onda de las ondas del electrón en estas órbitas se relaciona con longitudes de onda enteras, lo que produce interferencias constructivas y se refuerza en cada órbita. La mecánica ondulatoria de Erwin Schrödinger y cómo se relaciona con el trabajo de de Broglie se menciona para describir la naturaleza de los fotones y electrones.

20:05

🎲 La naturaleza probabilística de la luz y las partículas

Este párrafo discute cómo la luz, aunque formada por partículas individuales llamadas fotones, puede producir patrones de interferencia similares a las ondas debido a las probabilidades subyacentes. Max Born sugiere que las estructuras que producen los fotones se rigen por probabilidades que crean interferencias ondulatorias. Werner Heisenberg amplía esta idea al introducir el principio de incertidumbre, que establece un límite en la precisión con la que se pueden conocer simultáneamente la posición y la cantidad de movimiento de una partícula.

25:09

🕵️‍♂️ La polarización de la luz y la física cuántica

Se presenta un experimento de polarización de la luz que demuestra cómo la luz, que es una onda transversal, puede ser polarizada para oscilar en una sola dirección usando filtros polaroid. La explicación incluye cómo la luz no polarizada se ve afectada por los filtros polaroid y cómo la luz polarizada se comporta tanto como una onda como una partícula. El experimento muestra cómo la luz que pasa a través de dos filtros polaroid se ve afectada por la orientación de los filtros y cómo esto se relaciona con la naturaleza ondulatoria y la naturaleza de partícula de la luz.

Keywords

💡partículas

Las partículas son entidades subatómicas que pueden ser consideradas como objetos individuales con propiedades como masa y volumen. En el video, las partículas se mencionan en relación con la luz y los electrones, destacando cómo pueden tener propiedades de ondas. Esto se ilustra con la explicación de que los electrones pueden comportarse como ondas, lo que lleva a la formulación de la mecánica ondulatoria.

💡ondas

Las ondas son fenómenos que se propagan mediante la oscilación de una cantidad o campo, como la luz y la energía. En el video, se discute cómo la luz, aunque puede ser vista como partículas (fotones), también puede manifestarse como ondas. Esto se evidencia en experimentos de interferencia y difracción de la luz.

💡Max Planck

Max Planck fue un físico alemán que introdujo la idea de que la energía radiada por los cuerpos se emite en paquetes discretos, lo que llevó a la constante de Planck. En el video, su trabajo es fundamental para explicar la radiación del calor y establecer la base de la física cuántica.

💡constante de Planck

La constante de Planck es una constante fundamental en la física que relaciona la energía de una partícula de luz con su frecuencia. En el video, se menciona cómo la energía de la luz es igual a la constante de Planck multiplicada por la frecuencia, lo que sugiere que la luz se absorbe y emite en paquetes discretos de energía.

💡efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno en el cual los electrones son liberados de un metal al ser impactados por la luz. En el video, se explica cómo Einstein resolvió este efecto utilizando la idea de que los electrones necesitan una cantidad de energía específica para escapar del metal, lo que confirmó la existencia de las partículas de luz (fotones).

💡Albert Einstein

Albert Einstein es uno de los físicos más famosos, conocido por su trabajo en la relatividad y la fotodinámica de la radiación. En el video, se menciona su contribución al entender el efecto fotoeléctrico y cómo su ecuación del efecto fotoeléctrico demuestra que los electrones pueden ganar energía de los fotones para escapar de un metal.

💡Louis de Broglie

Louis de Broglie fue un físico que propuso que, si las ondas de luz pueden ser partículas, también las partículas pueden ser ondas. En el video, se discute cómo su hipótesis llevó a la idea de que las partículas como los electrones pueden tener propiedades ondulatorias, lo que se conoce como de Broglie.

💡Erwin Schrödinger

Erwin Schrödinger es conocido por su contribución a la mecánica cuántica a través de su ecuación de Schrödinger. En el video, se menciona cómo su teoría sugiere que las partículas pueden ser descritas como ondas que se propagan en el espacio, lo que ayuda a explicar la naturaleza dual de la luz y la materia.

💡principio de incertidumbre de Heisenberg

El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que no se pueden conocer simultáneamente la posición y la cantidad de movimiento de una partícula con precisión absoluta. En el video, se explica cómo este principio es una consecuencia natural de la naturaleza ondulatoria de las partículas y cómo limita la precisión con la que se pueden predecir las propiedades de una partícula.

💡polarización

La polarización es una propiedad de la luz que se refiere a la dirección de la oscilación del campo electromagnético. En el video, se usa un ejemplo de gafas de sol para ilustrar cómo la luz puede ser polarizada en una sola dirección, y cómo esto se relaciona con la naturaleza ondulatoria de la luz.

Highlights

La luz y los cuerpos brillantes tienen un comportamiento similar que depende de la temperatura.

El doctor Max Planck se dio cuenta de la necesidad de nuevas ideas para explicar la estructura del átomo.

La teoría de Maxwell no podía explicar por qué los cuerpos brillantes se ponían de color rojo al calentarse.

Planck escribió una ecuación que relacionaba la energía de la luz con su frecuencia.

La ecuación de Planck sugiere que la luz es absorbida o emitida en paquetes discretos de energía.

El efecto fotoeléctrico fue una evidencia clave que confirmó la teoría de Planck.

Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico y ganó el Premio Nobel de Física por su trabajo.

La ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein describe cómo los electrones pueden escapar de un metal.

La luz viaja en ondas, pero también puede estar constituida por partículas llamadas fotones.

Louis de Broglie propuso que las partículas pueden tener propiedades ondulatorias.

La teoría de de Broglie sugiere que la cantidad de movimiento de una partícula está relacionada con la longitud de onda.

La idea de de Broglie ayudó a explicar las órbitas de electrones en el modelo de Bohr del átomo.

Erwin Schrödinger desarrolló la mecánica ondulatoria basada en las ideas de de Broglie.

La luz causa interferencia de ondas al pasar por rendijas, lo que demuestra su naturaleza ondulatoria.

Max Born explicó que la luz, aunque formada por partículas, produce estructuras que se rigen por probabilidades ondulatorias.

Werner Heisenberg formuló el principio de incertidumbre, que establece límites en la precisión de la medición de la posición y la cantidad de movimiento de una partícula.

La búsqueda de la verdad llevó a Max Planck al corazón de la física cuántica, aunque él y Einstein no aceptaron sus implicaciones profundas.

La física moderna sigue la teoría cuántica, que es una combinación de la física clásica y la teoría cuántica.

La polarización de la luz se puede demostrar con gafas de sol Polaroid, mostrando su naturaleza ondulatoria.

La polarización también se puede explicar desde la perspectiva de las partículas, donde los fotones tienen una probabilidad de pasar a través de filtros polarizados.

Transcripts

partículas y ondas

a principios de este siglo un reducido

número de científicos comenzaron a darse

cuenta de que nuevas y atrevidas ideas

serían necesarias para resolver el

desconcertante problema de la estructura

del átomo

pero incluso antes de eso aparecieron

indicios de que había algo que iba mal

esos indicios vinieron del lugar más

inesperado posible

al principio fue la luz

con el tiempo fue una bombilla y el

hecho de que cuanto más caliente es de

su filamento con más intensidad brilla

quien habría podido pensar que un

fenómeno tan corriente podría poner en

ascuas la imaginación científica

de hecho todos los cuerpos brillantes

desde el carbón en un horno hasta una

brasa en el fuego desde el hierro

fundido en una acería hasta el filamento

de una bombilla incandescente

tienen un comportamiento muy semejante

independientemente del material de que

está hecho el color con que brilla un

cuerpo depende solamente de su

temperatura

en realidad si todos esos cuerpos

tuviesen la misma temperatura brillarían

con el mismo color

es un hecho sorprendente y en alemania

el doctor max planck pensó que merecía

una buena explicación

en su autobiografía escribió

siempre he considerado la búsqueda del

absoluto como la meta más elevada de

toda la actividad científica y añadió

y me puse a trabajar con pasión y así

necesario decir que su trabajo le iba a

la medida

el problema de plank resultaba de

aplicar la teoría de maxwell para

predecir la cantidad de luz que un

cuerpo brillante irradiaría a cada

frecuencia

por supuesto la teoría de james clerk

maxwell era todavía la última palabra

sobre la luz y otras formas de radiación

electromagnética

y con razón

pero no podía explicar el hecho de que

cuando un cuerpo se calienta lo

suficiente como para que brille se ponga

de color rojo porque porque no emitía

también una luz de frecuencia más alta

una luz azul

porque en todos los cuerpos brillantes

había menos luz a una frecuencia más

alta

la intuición le decía plank que todo

tendría explicación se hiciera falta más

energía para producir luz a frecuencias

más altas

aun cuando en la teoría de maxwell no

había nada que sugiriera que la energía

de la luz podía estar relacionada con su

frecuencia blank escribió una ecuación

que plasmarse su intuición

la energía de la luz es igual a una

constante h multiplicada por la

frecuencia f

blank no emprendió esa tarea para

desafiar las leyes de la física por el

contrario su intención era preservar no

destruir la teoría de maxwell

en su intento plan que dio una solución

que resultó ser notablemente semejante a

la solución dada al viejo problema de la

velocidad instantánea

en ese caso era una cantidad que

tendería a cero en exactamente el

momento preciso del cálculo

si sucediese lo mismo en la teoría de

plan

las ecuaciones de maxwell serían

compatibles con la evidencia

experimental y el problema de la

radiación estaría resuelto

pero h no tendía a cero en lugar de

anularse como plan que esperaba resultó

que tenía un valor definido

cuando encontró ese valor llamado ahora

constante de planck encontró algo más

importante que una explicación a los

cuerpos brillantes

encontró una verdad nueva y fundamental

sobre la naturaleza la luz es absorbida

o emitida en paquetes discretos de

energía lo mismo en el caso de un

dispositivo eléctrico que en el caso del

sol

la idea era radical y perturbadora pero

estaba al llegar a una evidencia que la

confirmaría y aún hoy podemos ver esa

evidencia en el comportamiento de un

electroshock opio de panes de oro

cuando el elector copio está cargado la

alaminilla se eleva y se mantiene en

alto hasta que es alcanzada por un rayo

de luz ultravioleta

[Música]

una pieza corriente de vidrio deja pasar

la luz visible pero impide el paso de la

luz ultravioleta de alta frecuencia

cuando se interpone el vidrio el electro

es copió no se descarga pero cuando

quitamos el vidrio la alaminilla vuelve

a caer esto prueba que la luz

ultravioleta hace su tarea y se llama

efecto fotoeléctrico

fue la explicación del efecto

fotoeléctrico y no su teoría de la

relatividad lo que haría que albert

eisntein ganara el premio nobel de

física

y en términos modernos esto fue lo que

dijo un electrón para poder escapar de

un metal necesita energía hasta una

cantidad llamada trabajo de extracción

i

[Música]

pero si un electrón absorbe la luz

ultravioleta que llega en un paquete con

la energía dada por la fórmula de plank

entonces puede ganar energía más que

suficiente para escapar del metal

si es así puede salir con energía

cinética igual

x efe - el trabajo de extracción

esta es la llamada ecuación del efecto

fotoeléctrico de einstein

era la solución perfecta y fue

comprobada por robert a millikan en su

laboratorio de chica

cuando me dio las energías de los

electrones despedidos de distintos

metales por luz de diferentes

frecuencias millikan verifico que

mientras que cada metal tiene un trabajo

de extracción diferente la constante de

planck tiene el mismo valor universal

para todos ellos

pero esta explicación del efecto

fotoeléctrico no solo confirmaba la

teoría de plank sino que además mostraba

directamente que los paquetes de energía

ya existían en el campo electromagnético

en otras palabras la luz llega en

partículas partículas que actualmente

reciben el nombre de fotones

pero un momento

un siglo antes tomás jong había probado

que la luz viaje en ondas

es que iba a resultar ahora que la luz

después de todo está constituida por

partículas

quizás todo este asunto de las

partículas y las ondas estaba

necesitando una perspectiva

completamente nueva

louis de broil intentando hacer carrera

en el gobierno francés sacó un título en

historia un nuevo enfoque de la física

verdaderamente nuevo

quizás sea esa la razón por la que en la

década de 1920 él fue el único que

plantea una pregunta crucial

si las ondas de la luz pueden ser

partículas es posible que partículas

tales como los electrones pueden ser

también ondas

al empezar las partículas tienen energía

y cantidad de movimiento mientras que

las ondas tienen frecuencia y longitud

de onda

y evidentemente esas entidades tienen

diferentes tipos de propiedades pero de

boyle sospechaba que había algún tipo de

conexión

y la teoría de plan que había dado una

pista de cuál podía ser max planck había

asociado la energía de una partícula de

luz con la frecuencia de su onda dando

un paso más de droid convino esto con la

energía de una partícula de acuerdo con

la teoría de la relatividad de einstein

igual a m por el cuadrado

esta atrevida combinación de las

propiedades de la onda y de la partícula

sugirió el paso siguiente podrían unas

partículas que viajan a menos velocidad

que la luz tener su cantidad de

movimiento relacionada con la longitud

de onda de broil así lo creía pensaba

que igual que la energía de una

partícula está relacionada con una

frecuencia la cantidad de movimiento de

una partícula está relacionada con una

longitud de onda

[Música]

era una idea radical

no solo las ondas de la luz pueden

comportarse como partículas sino que las

partículas pueden comportarse como ondas

pero antes de un año los experimentos se

habían verificado que los haces de

electrones podían ser disfrutados en

forma muy similar a los rayos de luz

e incluso más la idea de the brain

pareció explicar uno de los aspectos más

misteriosos del modelo de nils board de

latón

[Música]

la teoría de por qué estaba construida

sobre la idea de que los electrones

solamente pueden existir en órbitas de

determinados tamaños sólo en esas

órbitas y en ningún otro lugar entre

ellas

[Música]

y

pero si se consideran los electrones

como ondas dando vueltas alrededor del

núcleo tienen que existir en órbitas

cuya longitud crezca según longitudes de

onda enteras

de esa forma cada órbita consiste en

ondas del electrón que producen

interferencias constructivas y se

refuerzan a sí mismas en cada órbita

cuando se combinó con las fórmulas de

detroit

esta idea reprodujo con exactitud las

órbitas del modelo de por del átomo

porque el momento cinético de cada

lomita sería un número entero x h con

barra

[Música]

que se define como h / 2

[Música]

en resumidas cuentas la idea de louis de

probar había sido brillante había dado

una explicación profunda y elegante del

modelo de niels bohr del átomo

se había apoyado en una evidencia

experimental sólida y no sorprende que

llevará a otros físicos a profundizar

cada vez más en la naturaleza de la

materia

[Música]

en austria el being rodinger

reflexionando sobre las implicaciones

del trabajo del científico francés

elaboró una teoría propia extraída de

las ideas de the pride

[Música]

una onda tiene una amplitud y una

longitud de onda pero no tiene ni

principio ni final ni nada parecido a la

posición determinada de una partícula

lo que continúa siendo cierto si se la

suma una onda de la misma longitud de

onda ya sea en fase o fuera de fase

pero si se suman ondas de distintas

longitudes se altera la forma resultante

si esas longitudes de onda son próximas

y especialmente si se suman más ondas de

longitudes de onda próximas el resultado

puede ser un tipo de onda concentrada en

una región limitada del espacio

de manera que con una gama de longitudes

de onda y por lo tanto una gama de

cantidades de movimiento se puede

construir algo parecido a una onda

situada en un lugar bastante determinado

[Música]

pero debido a que tiene una gama de

cantidades de movimiento se extiende

cuando se desplaza

no es verdaderamente una partícula y no

es verdaderamente una onda que es

realmente

es la descripción más clara posible de

la naturaleza de los fotones y de los

electrones de la materia que forma el

universo y todo lo que hay en él

y como idea en 1926 fue el corazón y el

alma de la mecánica ondulatoria de

erving rodinger

la luz al pasar por dos rendijas causa

una evidente interferencia de ondas la

cual se revela claramente como una

configuración de franjas luminosas y

oscuras

no hay duda de que la luz es una onda

solamente las ondas se comportan de este

modo de manera que la pregunta es

[Música]

como puede la luz estar formada por

partículas y a pesar de eso producir

interferencias como las ondas si la luz

está formada por partículas fotones

cosas pequeñas e individuales que no

pueden llegar como una estructura

extendida entonces cada partícula tiene

que golpear sobre la pantalla en forma

individual un único punto de luz de aquí

por ejemplo otro fotón allí es imposible

predecir con exactitud dónde aparecerá

un punto pero es posible verlo que

lleguen más fotones a unos lugares que a

otros

[Música]

de hecho hay una probabilidad mayor de

que lleguen más fotones a ciertas zonas

y finalmente debido a esas

probabilidades el resultado será una

determinada estructura de difracción

parecida a una onda y constituida por

partículas

[Música]

esta fue la explicación propuesta por

max board

[Música]

[Risas]

los fotones pueden ser partículas dijo

pero las estructuras que producen se

rigen por probabilidades que crean

interferencias como si se tratara de

ondas

uno de los colegas de por werner

heisenberg llevó esta idea un paso más

adelante dijo

como las partículas están asociadas con

las probabilidades que crean

interferencias lo mismo que las ondas es

imposible conocer tanto la cantidad de

movimiento exacta como la posición

exacta de cualquier partícula al mismo

tiempo la idea puede ser un poco difícil

de captar pero ahí está justamente la

cuestión las partículas al ser ondas al

mismo tiempo son algo difíciles de

captar

es propio de una onda normal con una

determinada longitud de onda al

extenderse por el espacio si esta onda

representa una partícula entonces su

longitud de onda se traduce en una

cantidad de movimiento determinada sin

embargo no hay nada aquí que explique la

ubicación de la partícula

la posición de la partícula se puede

hacer más determinadas sumando una tras

otra ondas de diferentes longitudes pero

cada nueva longitud de onda significa

una nueva cantidad de movimiento en

otras palabras cuanto más se sabe acerca

de la posición de una partícula menos se

puede decir acerca de a dónde va y a qué

velocidad va cuánto más determinada se

hace la posición de la onda menos

determinada se hace la cantidad de

movimiento de la partícula

esa relación delta x multiplicada por

del cape aproximadamente igual a h

recibe el nombre de principio de

incertidumbre de heisenberg

werner heisenberg buscando una verdad

científica más profunda había elevado la

incertidumbre al nivel de un principio

fundamental de la naturaleza

pero la ironía de esta historia está en

otra parte

max planck interesado en buscar algo

universal en la naturaleza de todos los

cuerpos brillantes descubrió que la luz

es irradiada en pequeños paquetes de

energía

[Música]

cuando albert eisntein resolvió el

problema del efecto fotoeléctrico

confirmó que los paquetes de energía de

plank existen como partículas en el

campo electromagnético

combinando los puntos de vista de

plantain stain de broil sugirió que no

sólo las ondas podrían comportarse como

partículas sino que las partículas

podrían comportarse como ondas

ervin rodinger pensó que si se suman un

número suficiente de ondas de diferentes

longitudes el resultado es una onda que

está concentrada en uno u otro lugar

como una partícula

entonces max volvió que mientras que es

evidentemente imposible para una

partícula crear una estructura de onda

visible un grupo de partículas cuyo

comportamiento está determinado por las

probabilidades puede desembocar en una

estructura que se asemeje muchísimo a

una interferencia de ondas

y werner heisenberg yo en ese mismo

hecho el intercambio entre las

características de la luz como partícula

y las características de la luz como

onda cuando las incertidumbres de

posición y cantidad de movimiento se

combinan el producto es aproximadamente

igual a la constante de planck y esto

comienza con la constante de max planck

y cerrando el circuito acaba en la

constante de planck esa es la ironía

la búsqueda de la verdad se convirtió

para planck en un viaje que conducía al

corazón de la física cuántica

sin embargo hasta el final nunca acepto

las profundas implicaciones de su propio

trabajo

y el caso es que tampoco lo hizo albert

einsten quien dijo parece difícil ver

las cartas de dios pero no puedo ni por

un momento creer que el juega a los

dados como pretende la teoría cuántica

actual

harían falta nuevas generaciones de

brillantes científicos jóvenes para

aceptar completamente las implicaciones

asombrosas de la nueva teoría

[Música]

ellas son ronnie obedecen a las leyes de

la mecánica clásica pero adoptan también

la teoría cuántica

hasta ahora nadie puede negar la

perfección teórica de la nueva física ni

el hecho de que realmente funciona

[Música]

tengo aquí una demostración de cómo

funciona la nueva física que es muy

elegante pero tan simple que pueden

hacerla en casa ustedes mismos con unas

gafas de sol polaroid antes de

mostrársela voy a recordarles en qué

consiste la polarización

recuerden que la luz es una onda pero

una onda transversal si tenemos la luz

moviéndose en esta dirección el campo

eléctrico está en realidad oscilando

perpendicularmente a esa dirección ya

sea hacia arriba y hacia abajo ya sea de

lado hacia adentro y hacia fuera de la

pizarra u oblicuamente a esa dirección

de hecho en una bombilla incandescente

ordinaria la luz que emite está

oscilando en todas las direcciones

posibles perpendiculares a la dirección

en la que la luz se propaga

la dirección en la cual oscila la luz se

llama dirección de polarización y una

luz normal no está polarizada

la polarización consiste en permitir que

pasen a través del filtro polaroid de

solamente las oscilaciones del campo

electromagnético en una dirección

determinada ahora voy a intentar

ilustrar selo esto es una fuente de luz

y considera en la luz sobre la pantalla

aquí tenemos un cristal polaroid de si

yo interpongo este cristal polaroid en

el rayo la luz se vuelve un poco más

débil esto se debe en parte a que el

cristal está sucia pero la causa

principal es que el cristal solo permite

que pase la luz que oscila en una

determinada dirección

puedo cambiar la dirección de

polarización girando este mango pero

cuando lo hago

ustedes no notan absolutamente nada en

la pantalla porque el ojo es insensible

a la polarización de la luz

para demostrarles que la luz está

polarizada debo introducir un segundo

cristal polaroid en el rayo lo voy a

hacer pongo aquí el segundo cristal

polaroid

ahora la luz se vuelve de nuevo más

débil pero esta vez es realmente solo

porque el cristal está sucio

este segundo cristal está alineado en la

misma dirección que el primero y así

todo lo que pasa a través del primer

cristal pasa también a través del

segundo para que vean cómo funciona la

polarización debo rotar la dirección de

este segundo cristal cuando lo hago

observen cómo la luz se vuelve más y más

y más débil hasta que ya no pasa luz en

absoluto lo que ocurre ahora es que solo

pasa la luz polarizada en sentido

vertical a través del primer cristal el

segundo cristal dejaría pasar solamente

luz polarizada en sentido horizontal y

no la hay de modo que al no pasar la

pantalla está limpia lo que es más

difícil de comprender es lo que sucede

cuando el segundo cristal está oblicuo

así entonces parte de la luz pasa a

través de él porque la luz que llega

oscila en sentido vertical y éste deja

pasar la luz que oscila de este modo

pero que la víctor tiene una componente

en esa dirección y esa parte del vector

esa parte de la onda pasa a través

esa es la explicación de cómo funciona

un filtro polarizado y es fácil de

comprender

siempre que aceptemos que la luz es una

onda pero recuerden que la luz es

también una partícula y como tal debe

haber también una explicación de por qué

ocurre esto permítanme que se lo

explique el problema ahora es que no se

puede decir que parte de la luz pasa a

través del segundo filtro cuando está

oblicuo porque una partícula o pasa a

través o no pasa cada fotón o pasa a

través o no pasa a través esta es la

forma en la que funciona llega a los

fotones las partículas de luz llegan al

primer filtro y el primer filtro dice

muchachos cada uno de vosotros está

polarizado verticalmente u

horizontalmente no se permite nada más

pero lo estáis vertical u

horizontalmente con una cierta

posibilidad la mitad verticalmente y la

otra mitad horizontalmente

entonces la luz pasa a través del

primero los que oscilan verticalmente no

los fotones polarizados horizontalmente

luego entre los dos cristales sólo tengo

fotones polarizados verticalmente

este otro cristal mientras esté en

dirección horizontal dice fotones

oscilan verticalmente yo solo permite el

paso a los que oscilan horizontalmente

así que no pasa luz si lo giro así dice

chicos vosotros os fijáis verticalmente

y yo dejo pasar a los fotones que

oscilan verticalmente así que todos

pasan y se ve la luz en la pantalla lo

difícil es cuando giro el cristal en

dirección oblicua así porque ahora dice

vosotros pensáis que oscila veis todos

verticalmente pero no es verdad cada uno

está oscilando oblicuamente de este modo

o oblicuamente de este otro según su

probabilidad pensaréis que oscila vais

verticalmente porque la mitad de

vosotros oscilar es de esta forma y la

otra mitad de ésta el cristal deja pasar

sólo los que están polarizados de esta

forma esta es la explicación de la

polarización en el caso de partículas

ahora me gustaría intentar otro

experimento con ustedes pondré un

segundo cristal de modo que no pasen

nada de luz

pondré un tercer cristal en dirección

obligó a los otros dos el primero deja

pasar los que oscilan verticalmente el

segundo los horizontales y el tercero

los que oscilan oblicuos a los otros

pondré el cristal oblicuo entre los

otros dos ahora sucederá lo siguiente

solo atravesarán el primero los fotones

que oscilan verticales avanzan este al

oblicuo y este dice no sois verticales

tenéis un 50% de probabilidades de ser

oblicuos de este modo y pasar y un 50%

de ser oblicuos de esta otra forma y no

pasar los que son de ese modo atraviesan

y llegan a este cristal y éste dice

vosotros creéis que sois oblicuos pero

no lo sois cada uno de vosotros tiene un

50% de probabilidades de ser

horizontales y pasar y un 50% de oscilar

verticalmente y así no podéis pasar

solamente pasan los horizontales y eso

significa naturalmente que la luz

reaparece en la pantalla

creen ustedes que sucederá eso un

científico tiene que estar preparado

para hacer sus predicciones veamos

cuáles son las suyas cuántos de ustedes

piensan que el rayo de luz le aparecerá

en la pantalla levanten las manos

cuantos piensan que no reaparecerá en la

pantalla

muy bien anotar esos nombres hagamos

pues el experimento como esto lo pongo

nuevamente en el rayo y aseguró que la

luz que aparecerá en la pantalla

preparados

ahí está

es en esencia el modo en que funciona la

nueva física continuaremos con esto en

la próxima clase