Los principios de la mecánica cuántica se aplican a los componentes de la materia que existen a su escala de influencia, que son las partículas atómicas, subatómicas y las ondas. La materia está compuesta de átomos que a su vez están compuestos de nucleones (protones y neutrones) y electrones. Otros partículas son los mesones. Estas pariculas están a su vez compuestas por otras más pequñas llamadas quarks, que hasta hoy día se les considera elementales junto los leptones y los bosones.
Estas partículas tienen propiedades que son relevantes a escala macroscópica como su tamaño, su masa y su carga, pero también tienen propiedades que marcan su compartamiento con la física cuántica como son el espín, isospín, paridad, color y sabor. Algunas de estas propiedades son las causantes de los efectos cuánticos que veremos más adelante.
Dos principios cuánticos básicos que hay que tener claro para entender la física cuántica son el principio de incertidumbre y la dualidad onda – partícula. Estos dos principios no tienen analogía en el mundo macroscópico, por lo que suelen ser difíciles de asimilar mentalmente.
El primero de ellos postula que hay parejas de propiedades de una partícula que no se puede saber simultáneamente. Las dos parejas más deestacadas son por un lado la velocidad y la posición y por el otro la energía el tiempo en la que posee esa energía. Matemáticamente, estos principios se expresan por una desigualdad, que relaciona el producto de las incertidumbres de esas variables con la constante de Planck.
Δx · Δ(mv) ≥ h/4π
ΔE·Δt≥ h/4π
Hay pues un tope para la precisión con la que se conoce a las partículas cuánticas, si por ejemplo, conocemos de forma muy precisa la posición, tentremos una idea muy vaga de su velocidad, o si conocemos su energía con mucha precisión, no sabremos que tiempo la mantendrá.
El segundo principio rompe con la dicotomía clásica de que una cosa era una partícula, y otra muy distinta, una onda. En cuántica ahora son dos caras de una misma moneda y según las circunstancias mostrará propiedades de partícula o de onda. Esto se explica por el experimento del fotón pasando por una doble rendija. Si se realiza el experimento sin perturbarlo (sin hacer mediciones intermedias), el fotón se comporta como una onda y la doble rendija muestra el patrón de interferencia, típica de una onda, pero si hacemos una medición intermedia (intentando localizar el fotón antes de pasar por las rendijas) el fotón se comporta como una partícula y deja el resultado de dos franjas, una por cada rendija.
Así, un ente cuántico es a la vez onda y partícula, dependiendo de su interacción con el medio. Es más aún, un ente cuántico lleva superpuesto todos sus estados posibles y además igualmente probables todos ellos, y es solo cuando se interactúa con el, y lo buscamos en uno concreto de estos estados superpuestos, es cuando, es cuando se dice que colapsa en ese estado y deja de estar en todos los demás. En el terreno de la localización (determinar la posición), si no lo localizamos, no sabemos dónde está y puede estar en todos lados, adopta la propiedad de onda deslocalizada, perdiendo sus propiedades de partícula, mientras que si intentamos localizarlo y «colapsa» en una posición, se comporta como una partícula, perdiendo las propiedades de onda.
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FAQs
La mecánica cuántica tiene tres principios fundamentales: la hipótesis de De Broglie, el principio de incertidumbre de Heisenberg y la ecuación de Schrödinger. Dualidad onda-corpúsculo.
¿Cuáles son los principios fundamentales de la teoría cuántica? ›
El principio de superposición, el principio de incertidumbre y el principio de complementariedad forman una parte muy esencial de la teoría cuántica tradicional.
¿Cuáles son las 2 reglas de la mecánica cuántica? ›
LAS DOS REGLAS DE ORO DE LA MECÁNICA CUÁNTICA
Regla 1: Una partícula puede estar en superposición cuántica donde se comporta como si estuviera aquí y allá. Regla 2: Cuando se mide, la partícula se encontrará aquí o allá. Muchos fenómenos predichos por la mecánica cuántica pueden entenderse utilizando estas dos reglas simples.
¿Qué es y para qué sirve la física cuántica? ›
La física cuántica es uno de los grandes logros del intelecto humano y es la base de la comprensión de los fenómenos naturales. La física clásica es un límite de la cuántica. La física cuántica explica el átomo, el enlace químico, las moléculas, la interacción de la luz con las partículas, la materia…
¿Cuál es el primer principio de la física cuántica? ›
Respuesta y explicación: La primera ley de la física cuántica establece que el límite entre materia y energía no siempre está en un estado de estabilidad o finito ; esto significa que todo está hecho de materia y energía. La relación entre materia y energía se exhibe en diferentes niveles anatómicos.
¿Cómo se aplica la física cuántica en la vida cotidiana? ›
¿Cómo se utiliza la mecánica cuántica en la vida cotidiana? Al usar tu móvil, tu ordenador, al sacar dinero de un cajero automático, al ver una peli por internet, al hacerte una prueba de imagen médica (RM, PET, etc.)… Toda la electrónica y la fotónica tiene como gran parte de su base la mecánica cuántica.
¿Quién es el padre de la física cuántica? ›
Max Planck : Creador de la teoría cuántica.
¿Qué es la física cuántica en palabras simples? ›
La física cuántica es el estudio de la materia y la energía en el nivel más fundamental . Su objetivo es descubrir las propiedades y comportamientos de los propios componentes básicos de la naturaleza. Si bien muchos experimentos cuánticos examinan objetos muy pequeños, como electrones y fotones, los fenómenos cuánticos están a nuestro alrededor y actúan en todas las escalas.
¿Cómo afecta la física cuántica a nuestras vidas? ›
Utilizamos la física cuántica en nuestra vida cotidiana, por ejemplo con láseres, fibra óptica y LED . La teoría cuántica también puede utilizarse para explicar fenómenos naturales como el color del cielo o incluso la fotosíntesis.
¿Qué es la clase 11 de física cuántica? ›
Quantum physics is the branch of science that explains the physical phenomenon by microscopic and atomic approaches and considers the dual behaviour of matter.
The study of physics on a microscopic level which is related to atoms and its parts is called Quantum Physics. Physics has mainly two branches, first is for the things related to a macroscopic level which is termed Classical Physics. This portion of physics emphasizes Newton's law of motion.
¿Qué es la energía cuántica? ›
Quantum se refiere a un paquete particular de sustancia o energía en química y física . La energía no se transfiere de forma continua sino en paquetes discretos de energía. Corresponde a la cantidad mínima de energía necesaria para una transición.
¿Por qué la física cuántica es tan extraña? ›
Es una de las teorías de la física mejor probadas y la usamos todo el tiempo. A primera vista, sin embargo, el reino cuántico es extraordinario: dentro de él, los objetos cuánticos pueden estar “en dos lugares a la vez”; pueden atravesar barreras; y compartir una conexión sin importar qué tan lejos estén .
¿Cuántos físicos cuánticos hay? ›
Es seguro asumir que cada buen departamento de física tiene en promedio 1 físico cuántico (un físico que se gana la vida enseñando o investigando física cuántica). Así, una estimación aproximada es que hay 1.600 físicos cuánticos en el mundo.
¿Qué ejemplos hay de la física cuántica? ›
Dentro de las aplicaciones de la física cuántica están el láser, el microscopio electrónico, la computación cuántica, la óptica cuántica y los superconductores.
¿Cuáles son las seis leyes de la mecánica cuántica? ›
Proponemos seis principios como principios fundamentales de la mecánica cuántica: principio de espacio y tiempo, principio de relatividad galileano, principio de Hamilton, principio ondulatorio, principio de probabilidad y principio de indestructibilidad e increatividad de las partículas.
