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Mecánica cuántica y filosofía de la física de Niels Bohr

Mecánica cuántica y filosofía de la física de Niels Bohr


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Pocos científicos han tenido tanto impacto en el mundo moderno como Niels Bohr. El resultado del trabajo de Bohr sobre la estructura del átomo dio lugar a todo, desde la era atómica hasta los rayos láser y la computación cuántica, y su nombre es eclipsado por sus críticos y aquellos que construyeron a partir de su trabajo para hacerse un nombre.

Entonces en honor a los 56th aniversario de su fallecimiento, queremos reconocer nuestra deuda con él profundizando en su trabajo pionero sobre Mecánica Cuántica y Complementariedad, su contribución única a la filosofía de la física.

Padre de la Mecánica Cuántica

La comprensión de Bohr del modelo predominante del átomo sentaría las bases para gran parte de los avances tecnológicos del siglo XX.th siglo. Demostró que alrededor de cada núcleo atómico había varios niveles de capas concéntricas llenas de electrones y mostró que el cambio de estado de un átomo se debía a los electrones que se movían entre las capas a medida que absorbían o irradiaban energía.

Esta manipulación del comportamiento es la base de todo, desde los rayos láser hasta la fisión nuclear. En sí mismo, este trabajo fue impresionante, pero lo que siguió a este descubrimiento es lo que convirtió a Bohr en una figura tan controvertida.

Debería seguirse que, al ser objetos físicos en el espacio, los electrones que orbitan alrededor de un núcleo deben regirse por las mismas leyes que gobiernan los planetas que orbitan alrededor del sol. Eso es precisamente lo que Bohr no vio.

Lo que él y su impresionante lista de protegidos —jóvenes como Werner Heisenberg, Enrico Fermi y Pascual Jordan— vieron fue el cambio total del modelo clásico de física que había existido desde Newton: electrones que podían existir en varios lugares a la vez, podría ser una partícula en un minuto y actuar como una onda al siguiente, y hasta que se observe o se mida, una partícula podría estar en cualquier número de estados mutuamente excluyentes simultáneamente. Una década después de su descubrimiento de la estructura del átomo, Bohr y sus seguidores habían descubierto una forma completamente nueva de física: la mecánica cuántica.

Desafiando el modelo clásico

Cuando Bohr publicó por primera vez sus hallazgos en 1913, Albert Einstein lo llamó "musicalidad en la esfera del pensamiento". Más tarde también continuaría diciendo: "Si todo esto es cierto, entonces significa el fin de la física". El mismo Bohr dijo que "[a] quien no se sorprende por la teoría cuántica no la comprende".

Einstein no estaba solo en sus reservas. Los protegidos de Bohr y otros físicos que trabajaban con el modelo de Bohr estaban proponiendo ideas verdaderamente radicales. Heisenberg continuaría demostrando que no se puede observar la posición de una partícula y observar su impulso al mismo tiempo. También introduciría una extensa "mecánica de matrices" que podría usarse para calcular las propiedades de las partículas.

Erwin Schrodinger propuso una teoría diferente de que un electrón no es una partícula, sino una función de onda que se propaga por el espacio. Para la incredulidad de muchos en ese momento, se demostró que tanto Schródinger como Heisenberg tenían razón y que sus métodos eran intercambiables; y por extensión que un electrón era partícula y onda al mismo tiempo.

Complementariedad: una nueva filosofía de la física

Una de las contribuciones más controvertidas y duraderas de Bohr al debate fue su introducción del concepto de complementariedad. Bohr descubrió que si se midiera un electrón con un aparato, previsiblemente se comportaría como una partícula. Haz la misma medida con otro aparato y de repente se comporta como una onda.

Tales resultados habrían vuelto locos a la mayoría de los físicos en busca de una manera de reconciliar esta contradicción, pero Bohr propuso que no tenía sentido intentarlo. Bohr dijo que nuestra comprensión de la luz y otros fenómenos cuánticos mejoró midiéndola como partícula o como onda, pero como no se pueden hacer ambas al mismo tiempo, el observador debe decidir cómo observarla y aceptar que hacerlo excluye la posibilidad. de observarlo de manera diferente.

Más radicalmente, declaró que no había ninguna paradoja que resolver, ya que la física no debería tratarse de lo que se estudia, sino de los resultados de experimentos y observaciones. De esta manera, la complementariedad desafió gran parte de la filosofía de la física, que se aferraba a la idea de que las leyes cognoscibles gobernaban el universo y todo lo que contiene, y que cualquier cosa en el universo podría definirse mediante un conjunto unificado de propiedades.

Al decir que una sola cosa podría tener más de una definición mutuamente excluyente de igual validez y que necesitamos ambas definiciones para comprender verdaderamente la cosa en cuestión, desató una controversia metafísica en física que todavía se está librando hoy.

Reacción a las ideas de Bohr

Si bien inicialmente dio la bienvenida y aprobó el trabajo de Bohr, Einstein se convertiría en los críticos más famosos de Bohr, a pesar de que eran personalmente cercanos. Einstein estaba casado con la visión determinista de la física, por lo que la imposición de la aleatoriedad y la incertidumbre en la base de la física le preocupaba. Famoso, comentó que "Dios no juega a los dados con el universo".

Nada menos que el propio Schrodinger se sumó a las críticas cuando propuso su experimento mental más famoso de un gato en una caja en el que la desintegración radiactiva de un átomo en su interior desencadena la liberación de cianuro. De acuerdo con la Mecánica Cuántica que él mismo ayudó a construir, hasta que abriste la caja para ver si el átomo se había descompuesto, el átomo existe tanto en estados descompuestos como no descompuestos. Si esto fuera cierto, entonces el gato de Schrodinger estaba vivo y muerto al mismo tiempo.

Originalmente destinado a demostrar cómo las nuevas teorías se descarrilaban, Schrodinger confirmó inadvertidamente la naturaleza exasperantemente extraña de la Mecánica Cuántica, ya que las superposiciones de partículas han sido un hecho establecido desde hace mucho tiempo. El átomo radiactivo en la caja de Schrodinger de hecho se descompone y no hasta que se observa; su gato está vivo y muerto hasta que un observador abre la caja.

Intentar desenredar este y otros problemas de la mecánica cuántica ha dado lugar incluso a nuevos modelos de realidad, como la teoría del Multiverso. Además, el concepto de complementariedad es un tema de intenso debate no solo en el campo de la física sino también entre los filósofos, algunos de los cuales acusan a Bohr de un "positivis [m] simplista".

Otros atribuyen descuidadamente a Bohr ideas que él nunca expresó. En particular, algunos críticos de la complementariedad afirman que significa que la simple observación de una partícula cambia su comportamiento a un estado mutuamente excluyente o al otro.

Bohr, sin embargo, nunca hizo tal afirmación, argumentando solo que al observar una partícula con un instrumento específico, la partícula reaccionará a ese instrumento, como era de esperar, como una onda o una partícula y lo hará siempre. El uso de otro instrumento producirá un resultado diferente y, por lo tanto, la elección del instrumento por parte del observador dictará qué comportamiento observará.

El legado duradero de Bohr

Durante el último siglo, los críticos de Bohr esperaron un repudio final del trabajo de Bohr que nunca llegó. En cambio, la relatividad de Einstein ha sido repetidamente confirmada y desarrollada por físicos posteriores como el fallecido Steven Hawking.

Mientras tanto, los descubrimientos de Bohr sustentan algunas de las tecnologías más avanzadas que se están desarrollando actualmente. Las computadoras cuánticas, construidas completamente a partir de los principios del entrelazamiento cuántico que llevó a Einstein a la distracción, prometen un aumento insondable en la potencia informática sobre las computadoras clásicas y ya han sido construidas por compañías como Google y en laboratorios universitarios de todo el mundo.

Finalmente, fue el propio Bohr quien propuso que la complementariedad de estos diferentes conjuntos de reglas nos permite tener una comprensión más completa del mundo en el que vivimos. Por esto y mucho más, siempre recordaremos su genio.


Ver el vídeo: Teoría cuántica. Modelo atómico de Bohr (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Botan

    Bravo, genial idea

  2. Khya

    Quiero decir que estás equivocado. Ingrese, discutiremos. Escríbeme en PM.



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