los misterios de la mecánica cuantica

José G. Pérez Castillo

Rotary Club Madrid CastillaRotary Club Madrid Castilla

Los misterios de la mecánica cuántica

Madrid 13 de Septiembre de 2012



El método científico

� - Racionalismo (Todo efecto tiene una causa)

1- Contingencia en el espacio

2- Prioridad de la causa

3- Existencia de conexión causa-efecto

� - La piedra angular de la ciencia es la

prueba ó datos/evidencia (Nada es

absolutamente cierto aunque si puede ser

absolutamente falso)



El método científico (2)� - La ciencia opera de cuatro formas1- Por Deducción (Las conclusiones se obtienen desde un conjunto de proposiciones. Lógica pura)2- Por inducción (Las conclusiones se obtienen desde hechos particulares)3- Por probabilidades (Por la frecuencia de los hechos se concluye lo mas verosímil)4- Por estadística (Se acepta como conclusiones los valores medios)



El método científico (3)

� El objetivo de los físicos es entender el universo� 4 pasos:1- Observación /experimentación2- Deducción3- Hipótesis4- Falsificación (Las ideas deben ser capaces de probarse su falsedad)



El Universo� - Galileo (1564-1642)Descubre la gravedad y desarrolla las ideas de velocidad, fuerza e inercia, entre otras.

� - Newton (1642- 1727)Formula la ley de la gravitación, explica las orbitas de los planetas y formula las 3 leyes de la mecánica clásica.

� - Maxwell (1831- 1879)Formula las 4 leyes del electromagnetismo



Electromagnetismo-La luz

Propiedades1- Reflexión2- Refracción3- Difracción



Experiencias

1- Abiertas ambas rendijas se produce interferencias.

Es una onda. Pasa a la vez por ambas rendijas

2- Tapando una abertura la intensidad es ¼ de la anterior.

Cambia la posición del mínimo El fotón sabe si hay una o

dos rendijas abiertas.

3- En una placa fotográfica solo se ennegrece un punto

Es una partícula. Muchos fotones forman ondas.



Comentario

Como comentario a estos resultados,

Richard Feynman exclamó:

� “It is quite mysterious. And the more

you look at it the more mysterious it

seems”.

� “I think I can safely say that nobody

understands quantum mechanics”



Experiencias (2)

1- En los átomos los electrones de las capas no radian

energía a pesar de que existe aceleración. La teoría

electromagnética falla.

2- En los espectros de difracción de los materiales

aparecen rayas características de cada elemento cuya

posición se desplaza con la velocidad Las rayas

implican que los electrones se comportan como partículas

mientras el desplazamiento corresponde a ondas.



Fundamentos de la m. c.

� - 1- Cuantificación de la energía (Quantum

de Planck)

� - 2- Dualismo onda/particula

� - 3- Principio de incertidumbre

(Heisemberg. No se puede conocer

con exactitud simultáneamente la

posición y velocidad de una partícula)



Fundamentos de la m. c. (2)� 4- Función de onda

(Onda de Broglie. El modulo

al cuadrado es la probabilidad del valor)� 5-Ecuacion de Schrödinger

Valores medios

Operadores (A cada

observable le corresponde un operador)

Valores propios (Únicos resultados posibles)

� 6- Principio de superposición(Efecto tunneling. Origen

de la radioactividad)



Fundamentos de la m. c. (2)� 7- Principio de correspondencia

En el mundo macroscópico la m. c. debe

reproducir la mecánica clásica

� 8-Principio de simetría

Toda partícula tiene su antipartícula (La

antimateria). Supersimetria. Campo y

bosón de Higgs.

� 9- Principio de no localidad

Una medida hecha en una parte del sistema repercute instantáneamente en el resto



Algunos resultados de la m. c. • Todo lo no prohibido por las leyes cuánticas que puede existir, existe(Antimateria, muchos universos, ordenador cuántico, radioactividad, etc.)

• Las leyes del mundo macroscópico (Por ej. Conservación de la energía) pueden violarse en muy pequeños intervalos

• Fisión nuclear (La bomba atómica)• Fusión nuclear (Energía solar)• La s 4 fuerzas fundamentales y sus acciones a distancia (Gravitación, Electromagnética, Nuclear fuerte, Nuclear débil y sus correos: bosones)



Algunos resultados de la m. c. (2) • Teoria del todo

Modelo estándar (Unificación de las 3

ultimas fuerzas)

Modelo completo (GUTS) (Incluye la gravedad)

• Espacio de 10 (11) dimensiones

• Teoría de cuerdas

• Agujeros negros



Algunos resultados de la m. c. (3) • Nacimientodel universo



Algunos resultados de la m. c. (4) • Vaciocuántico



Algunos resultados de la m. c. (5) • Radiación de Hawking



Algunos resultados de la m. c. (6) • Creación y destrucción de la materia



Algunos resultados de la m. c. (6) M. normal, 4,6%; M. oscura, 23%; Energia oscura, 72%



Resumen y conclusiones� 1- Los micro objetos no son ni partículas ni

ondas (Tienen ambas propiedades)� 2- Los estados de las micropartículas se

describen por medio de funciones de onda (El cuadrado del modulo de la onda es la probabilidad de encontrarse en una posición)

� 3- Las macropartículas están esparcidas por todo el espacio

� 4- Si existen varios caminos de propagación, las funciones de ondas se suman (Se producen los fenómenos de: refracción, reflexión y difracción conocidos)



Resumen y conclusiones

� 5- Los micro objetos no tienen trayectorias determinadas (No existe el concepto de velocidad)

� 6- No es posible medir exactamente y a la vez la posición y la velocidad, ni tiempo/energía, ni posición/tiempo, etc.

� 7- Solo se puede calcular probabilidades. Es imposible predecir cual de estas se realizará



Conclusión

� 1- Conceptos como: Alma, Sentimientos, Inteligencia, etc.

¿Son más, ó, igual de misteriosos que la propia materia que creemos conocer?

� 2- La religión con sus misterios (por ej. El de la Trinidad), ¿No se nos hacen mas asequibles a su veracidad?

� 3- ¿Es todo materia/energía?

A tenor de lo visto anteriormente:

los misterios de la mecánica cuantica

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