Fisica cuántica

[El Cid]

Durante estas navidades me he topado con una pagina web donde se explica de una forma relativamente sencilla la mecánica cuantica.

http://eltamiz.com/2007/09/04/cuantica- ... -preludio/

Como me ha gustado pués lo comparto por si a alguien le interesa el tema.

Además como, a pesar de que la web intenta ser simple, la mecánica cuántica no lo es, aun resulta dificil entender ciertos aspectos, y los podamos comentar aqui para entre varios intentar entenderlos. Y también poder compartir otros enlaces o libros.

En fin, ahí queda eso.

[PijusMagnificus]

Durante estas navidades me he topado con una pagina web donde se explica de una forma relativamente sencilla la mecánica cuantica.

http://eltamiz.com/2007/09/04/cuantica- ... -preludio/

Como me ha gustado pués lo comparto por si a alguien le interesa el tema.

Además como, a pesar de que la web intenta ser simple, la mecánica cuántica no lo es, aun resulta dificil entender ciertos aspectos, y los podamos comentar aqui para entre varios intentar entenderlos. Y también poder compartir otros enlaces o libros.

En fin, ahí queda eso.

Interesante, precisamente me encuentro estos dias preparando un examén de
Fisico-Química en que más de la mitad de lo que me entra es mecánica cuántica.

[Kowalsky]

Fisico-química.... Qué recuerdos. La única asignatura de la carrera que se me atragantó.

[El Cid]

Después de leer la primera parte (lo que cubre la física cuántica antigua), y algún otor libro asociado, a la concusión que llego es que esta, la física cuántica, se basa en una serie de formulas matemáticas (ya sean matrices o funciones de onda) hechas para cuadrar los resultados de unos experimentos.

Con estas formulas, nada intuitivas, metiendo los parametros adecuados son capaces de predecir los resultados de un experimento, aunque más que un resultado en concreto, las probabilidades de ese resultado.

Para que se entienda. Imaginemos que una raza extraterrestre nos observa durante un tiempo, y según lo que observan de nuestro comportamiento hacen una seríe de formulas para predecirlo en el futuro.

Podrían así predecir que va a hacer una persona a las 5 de la tarde. Metiendo las 5 de la tarde como parametro (e igual alguno más, como que es sabado, etc) en las formulas suyas les saldrá que hay un 25% de que a esa hora está durmiendo la siesta, un 15% de que esté viendo la tele, un 10% de que esté en el baño, y así hasta las mas remotas posibilidades (una de ellas siendo que esté cogido de la mano con Penelope Cruz, aunque sea una posibilidad muy baja e increiblement sorprendente).

Si hacen la comprobacion un millon de veces es muy posible que las probabilidades que les sale de la formula concuerden.

Pero en eso se basa, es pura matemática. No hay quien razone el comportamiento a nivel de particulas como los electrones. Son formulas y punto, aunque los resultados no tengan sentido para nuestra lógica. Además, los resultados son probabilidades (osea que no hay una respuesta 100% segura). Es a lo que se refieren cuando dicen que es una ciencia indeterministica, no te da un resultado determinado (como 26,5).

Es importante notar que, contario con lo que pasa con las personas, que cada uno tiene sus cosas, para las particulas no existe esa diferenciación (todos los electrones son iguales). ¿Pero esto es asi?

Quiero decir, si los extraterrestres que nos observan no son capaces de diferenciarnos, entonces sus formulas no tendrán en cuenta esa individualidad, y el espectro de probabilidades será much más amplio. Mientras que si se dan cuenta de que somo distintos los unos de los otros, las funciones tendrán muchos mas datos de entrada, y las probabilidades estarán mucho más limitadas, el vecino del tercero no podrá estra de la mano con Penelope Cruz. Aunque aun habría distintos posibles resultados ya que somos muy complejos.

Si los electrones no fueran todos iguales, igual lo que ahora se considera como que un electron se pueden comportar de muchas formas distintas, lo que en realidad pasa es que distintos electrones se comportan de forma distinta.

Si hay algún físico por favor que me corrija (en todo).

[El Cid]

Estoy seguro que con el nivel cultural que hay en este foro, pronto este hilo tendrá más visitas que el de "nenas sin uniforme".

Este hilo es para los frikis cientificos lo que el hilo de "club de lectura" es para los gays.

[lecrop]

Estoy seguro que con el nivel cultural que hay en este foro, pronto este hilo tendrá más visitas que el de "nenas sin uniforme".

Permítame que lo dude.

Este hilo es para los frikis cientificos lo que el hilo de "club de lectura" es para los gays.

En eso sí que coincidimos

El que esté suscrito a los dos hilos sólo puede describirse a la Lovecraft. Ostia, moi

[Whizar]

Estoy seguro que con el nivel cultural que hay en este foro, pronto este hilo tendrá más visitas que el de "nenas sin uniforme".

Este hilo es para los frikis cientificos lo que el hilo de "club de lectura" es para los gays.

El club de lectura lo ha montado el Troll, con eso esta todo dicho.

Por cierto no podría renombrarse el hilo como "nenas sin uniforme y grandes tetas te explican física cuántica mientras se masajean con cremita", ya lo siento es que tengo cierto déficit de atención y respondo mejor a los estímulos cruzados.

[Haplo_Patryn]

Después de leer la primera parte (lo que cubre la física cuántica antigua), y algún otor libro asociado, a la concusión que llego es que esta, la física cuántica, se basa en una serie de formulas matemáticas (ya sean matrices o funciones de onda) hechas para cuadrar los resultados de unos experimentos.

Con estas formulas, nada intuitivas, metiendo los parametros adecuados son capaces de predecir los resultados de un experimento, aunque más que un resultado en concreto, las probabilidades de ese resultado.

Para que se entienda. Imaginemos que una raza extraterrestre nos observa durante un tiempo, y según lo que observan de nuestro comportamiento hacen una seríe de formulas para predecirlo en el futuro.

Podrían así predecir que va a hacer una persona a las 5 de la tarde. Metiendo las 5 de la tarde como parametro (e igual alguno más, como que es sabado, etc) en las formulas suyas les saldrá que hay un 25% de que a esa hora está durmiendo la siesta, un 15% de que esté viendo la tele, un 10% de que esté en el baño, y así hasta las mas remotas posibilidades (una de ellas siendo que esté cogido de la mano con Penelope Cruz, aunque sea una posibilidad muy baja e increiblement sorprendente).

Si hacen la comprobacion un millon de veces es muy posible que las probabilidades que les sale de la formula concuerden.

Pero en eso se basa, es pura matemática. No hay quien razone el comportamiento a nivel de particulas como los electrones. Son formulas y punto, aunque los resultados no tengan sentido para nuestra lógica. Además, los resultados son probabilidades (osea que no hay una respuesta 100% segura). Es a lo que se refieren cuando dicen que es una ciencia indeterministica, no te da un resultado determinado (como 26,5).

Es importante notar que, contario con lo que pasa con las personas, que cada uno tiene sus cosas, para las particulas no existe esa diferenciación (todos los electrones son iguales). ¿Pero esto es asi?

Quiero decir, si los extraterrestres que nos observan no son capaces de diferenciarnos, entonces sus formulas no tendrán en cuenta esa individualidad, y el espectro de probabilidades será much más amplio. Mientras que si se dan cuenta de que somo distintos los unos de los otros, las funciones tendrán muchos mas datos de entrada, y las probabilidades estarán mucho más limitadas, el vecino del tercero no podrá estra de la mano con Penelope Cruz. Aunque aun habría distintos posibles resultados ya que somos muy complejos.

Si los electrones no fueran todos iguales, igual lo que ahora se considera como que un electron se pueden comportar de muchas formas distintas, lo que en realidad pasa es que distintos electrones se comportan de forma distinta.

Si hay algún físico por favor que me corrija (en todo).

La psicohistoria de Sheldon, de la Fundación de Asimov, incide precisamente en esta teoría de probabilidades de masas y el efecto que tiene el que un mutante modifique esas previsiones, rompiendo esquemas.

Gracias por el enlace del primer hilo, muy interesante.

[El Nota]

Intentare responderte Cid desde mi humilde nivel de conocimiento fisica. Soy geologo y disto mucho de ser un experto, pero creo que a grandes rasgos te puedo ayudar.

Después de leer la primera parte (lo que cubre la física cuántica antigua), y algún otor libro asociado, a la concusión que llego es que esta, la física cuántica, se basa en una serie de formulas matemáticas (ya sean matrices o funciones de onda) hechas para cuadrar los resultados de unos experimentos.

Con estas formulas, nada intuitivas, metiendo los parametros adecuados son capaces de predecir los resultados de un experimento, aunque más que un resultado en concreto, las probabilidades de ese resultado.

La mecanica cuantica nace al principios de siglo para explicar comportamientos observados en la materia que no se podian explicar desde el punto de la mecanica clasica. La diferencia entre estas dos, es que la mecanica clasica puede predecir en cada momento la trayectoria de un cuerpo y su estado de energia; Mientras sepamos la posicion o la velocidad, por ejemplo, de una particula podemos explicar el resto. El problema llego cuando se observo que las particulas atomicas no se mueven desde un punto de vista clasico: hay veces que se comportan como una onda y otras como una particula. Y es mas, tampoco podemos de ninguna manera saber su posicion en un momento dado (Principio de incertidumbre de Heissemberg). De ahi viene la manera de expresarse la mecanica cuantica mediante probabilidades en un punto y un instante dado (Y ademas, si afinamos en el tiempo nos desviaremos en el calculo de la velocidada, y viceversa). Hace poco, cuando se descubrio el boson de Higgs, el resultado obtenido se expresaba mediante un sigma (calculo estadistico) muy preciso, pero no seguro.

Quiero decir, si los extraterrestres que nos observan no son capaces de diferenciarnos, entonces sus formulas no tendrán en cuenta esa individualidad, y el espectro de probabilidades será much más amplio. Mientras que si se dan cuenta de que somo distintos los unos de los otros, las funciones tendrán muchos mas datos de entrada, y las probabilidades estarán mucho más limitadas, el vecino del tercero no podrá estra de la mano con Penelope Cruz. Aunque aun habría distintos posibles resultados ya que somos muy complejos.

Si los electrones no fueran todos iguales, igual lo que ahora se considera como que un electron se pueden comportar de muchas formas distintas, lo que en realidad pasa es que distintos electrones se comportan de forma distinta.

Si y no. Todos los electrones tienen la misma masa e igual carga pero distintos numeros cuanticos. Asi que es imposible que dos electrones coincidad en el mismo punto (mismos numeros cuanticos). Los numeros cuanticos definen la forma, tamañano, nivel energetico y rotacion de cada uno de los electrones de un atomo. Si queremos, mediante las ecuaciones que dices, conocer la posicion de un electro dado, tan solo podriamos señalar en que region del espacio cercano al nucleo atomico estaria.




Esta seria una imagen de los orbitales 1S, 2S y 3S de un atomo cualquiera. Son los mas sencillos y cada uno esta mas lejos del nucleo atomico. Esa esfera es donde podemos predecir donde esta el electron, un momento dado. Hay otros tipos de orbitales mas complejos y en todos lo unico que se define es el area estimada del orbital del electro o electrones (como minimo hay dos electrones por orbital).

Bufff, vaya tocho. No se si te habras enterado o estaras peor que antes



Saludetes.

[El Cid]

hay veces que se comportan como una onda y otras como una particula. Y es mas, tampoco podemos de ninguna manera saber su posicion en un momento dado (Principio de incertidumbre de Heissemberg). De ahi viene la manera de expresarse la mecanica cuantica mediante probabilidades en un punto y un instante dado

Aqui me confundo. Según lo que he leido en El Tamiz (que es el enlace que pongo al principio), lo que yo he entendido es:
- por un lado que no puedes predecir donde exactamente está la particula, pero que cuando la mides, sí está en un sitio determinado
- pero por otro me parece entender que (según Heissemberg) la particula está borrosa, osea que está difuminada por un espacio,y que es cuando la mides que coge una posción determinada.

Si y no. Todos los electrones tienen la misma masa e igual carga pero distintos numeros cuanticos.
Saludetes.

Bueno, a los números cuanticos aun no he llegado, asi que no se muy bien que indican. Pero me parece entender que dices que los electros son iguales solo que ocupan distintas posiciones. Según entiendo si tienes un atomo en el que hay un electron en orbita 1S, y le doy suficiente energía para que salga disparado, y se sustituya por otro electron, entonces no habría diferencia entre el nuevo electrón y el antiguo. ¿es eso?

Pero lo que yo intento decir es porque los fisicos dan por sentado que en ese caso los electrones son iguales? Esto se da por hecho, o hay multitud de ensayos para demostrarlo?

El inicio de la cuantica todo era más claro, fue cuando Heisenberg y Schrodinger se metieron que la liaron parda. Sobre todo el primero, que es quien defiende que las particulas son borrosas, y solo cuando las miramos se vuelven en algo solido (o al menos eso he entendido).

Ah! por cierto gracias por tu contribución.

[PijusMagnificus]

Lo de la particula borrosa que se comenta es lo que se denomina principio de incertidumbre de Heisenberg, que básicamente dice que no se puede al mismo tiempo determinar la posición de la partícula y su velocidad (o momento); esto tiene una explicación matemática, pero para entenderlo de una manera intuitiva, imaginemos que estamos en una calle y que un coche pasa por delante nuestro a muy alta velocidad y pretendemos a la vez saber su velocidad y donde está en cada momento; lo que dice este principio es que no se puede hacer ambas cosas a la vez; si hacemos una foto instantánea del coche sabremos exactamente donde está pero ni pajorela idea de la velocidad que lleva; en cambio si nos dedicamos a medir el tiempo que transcurre entre dos posiciones por las que pasa el coche para calcular la velocidad no tendremos idea de donde está en un momento determinado; es decir cuanta más exacto sea el cálculo de su velocidad más inexactitud tendremos para determinar su posición y viceversa; es por eso que en mecánica cuántica al contrario de la clásica hablamos siempre de probabilidades de encontrar una partícula (electrón) en una determinada área o volumen; es totalmente lo contrario a lo que estamos acostumbrados a nivel macroscopico....

[PijusMagnificus]

Pero lo que yo intento decir es porque los fisicos dan por sentado que en ese caso los electrones son iguales? Esto se da por hecho, o hay multitud de ensayos para demostrarlo?

Los electrones son todos iguales, la conjunción de números cuánticos nos permite saber el estado energético en que está un electrón.(probabilisticamente hablando).

Pero todos los electrones tienen la misma carga y masa...

Su carga se determinó con este experimento

http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Millikan

Posteriormente Thomson utilizó un tubo de rayos catódicos para calcular la relación entre la carga y la masa del electrón, un campo electrostático desviaba un haz de electrones y esta desviación era corregida por un campo magnético, sabiendo la magnitud de estos campos se halló la relación carga/masa, como la carga del electrón ya era conocida por el experimento de Millikan se pudo hallar la masa.

[El Cid]

Lo de la particula borrosa que se comenta es lo que se denomina principio de incertidumbre de Heisenberg, que básicamente dice que no se puede al mismo tiempo determinar la posición de la partícula y su velocidad (o momento); esto tiene una explicación matemática, pero para entenderlo de una manera intuitiva, imaginemos que estamos en una calle y que un coche pasa por delante nuestro a muy alta velocidad y pretendemos a la vez saber su velocidad y donde está en cada momento; lo que dice este principio es que no se puede hacer ambas cosas a la vez; si hacemos una foto instantánea del coche sabremos exactamente donde está pero ni pajorela idea de la velocidad que lleva; en cambio si nos dedicamos a medir el tiempo que transcurre entre dos posiciones por las que pasa el coche para calcular la velocidad no tendremos idea de donde está en un momento determinado; es decir cuanta más exacto sea el cálculo de su velocidad más inexactitud tendremos para determinar su posición y viceversa; es por eso que en mecánica cuántica al contrario de la clásica hablamos siempre de probabilidades de encontrar una partícula (electrón) en una determinada área o volumen; es totalmente lo contrario a lo que estamos acostumbrados a nivel macroscopico....

Si, pero lo que yo entiendo leyendo El Tamiz (y que no digo que sea lo correcto, ni lo que yo entiendo, ni lo que dice el articulo) es que Heisenberg va más allá. Según yo entiendo, en tu ejemplo, Heisenberg diría que el coche está en toda la calle a la vez, y es solo cuando lo medimos, que lo que medimos (sea posición o velocidad) toma un valor real.

Muchos habréis oido hablar del gato de Schrodinger, aunque solo sea por la serie de "El Big Bang". Aqui se mete un gato en una caja cerrada junto con una particula que se desintegra en 1 hora con una probabilidad. De desintegrarse el gato muere, y de no hacerlo el gato sobrevive. Hats aque no abres la caja después de uno hora no sabes si el gato está vivo o muerto. Según El Tamiz (o lo que entiendo yo):
- para algunos (Einstein y Schrodinger) antes de abrir la caja el gato ya está vivo o muerto y al abrirla solo constatamos este hecho. Antes de abrir la caja para nosotros el gato puede estar vivo o muerto, y esto es solo debido a que no tenemos toda la información sobre el estado del gato antes de abrir la caja.
- para otros (Heisenberg) antes de abrir la caja el gato esta vivo y muerto a la vez. Conocemos perfectamente su estado, es vivo y muerto. Al abrir la caja y mirar dentro, el estado del gato cambia a otro estado que será vivo o muerto.

Esta segunda interpretación que nos parece tan irreal para un gato, me da a mi que es la que el físico que escribe El Tamiz da por buena para las particulas de las que trata la mecánica cuantica (aunque aun no he leido todos los articulos).

No pretendo llevar la razón, solo exponer lo que yo entiendo y mejorar mi conocimiento con continuas correciones. Aprecio todas las contribuciones y otras lecturas sugeridas (no pretendo en ningún caso decir o asumir que El Tamiz es la fuente verdadera de la sabiduría).

[El Cid]

Pero lo que yo intento decir es porque los fisicos dan por sentado que en ese caso los electrones son iguales? Esto se da por hecho, o hay multitud de ensayos para demostrarlo?

Los electrones son todos iguales, la conjunción de números cuánticos nos permite saber el estado energético en que está un electrón.(probabilisticamente hablando).

Pero todos los electrones tienen la misma carga y masa...

Su carga se determinó con este experimento

http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Millikan

.

Bien, en ese experimento a base de muchas medidas llega a determinar que todos los electrones tiene la misma carga, y no lo pongo en duda. Por lo que hoy sabemos, todos los electrones son iguales. Mi pregunta va más encaminada hacia lo que no sabemos, el que pasaría con el estudio de probabilidad si lo que consideramos uniforme en realidad está plagado por irregularidades e individualidades?

En un principio los protones se consideraban que eran indivisibles, y después se vio que no, que dentro estaban los quarks que eran más pequeños (otro libro que me estoy leyendo es "el quark y el jaguar" que me recomendo Lino). Y con los quarks aparecieron los colores y los sabores y la fuerza electromagnetica fuerte y debil.

Con todo esto lo que me gustaría es saber sufiente sobre las ecuaciones de ondas o las de matrices de la mecanica cuantica y ver donde lleva si considero que los electrones (por ejemplo) tiene individualidades. Pero como es matematica muy compleja y no me veo capaz de hacerlo, dejaré el tema en paz.

[Niessuh]

Desde mi modesto entender, y hace muchos años que estudie mecanica cuantica, pero lo que me quedo claro entonces es que pensar en que los electrones u otros elementos son partículas solidas similares a las del mundo observable es un error. Son corpusculos gobernados por el principio de incertidumbre pero no en el sentido de que no podamos "saber" su posición y momento, es que ese momento y esa posición no estan intrinsecamente definidos nunca para un t concreto.

Es decir, no es que nuestra observación interfiera con la posición y la velocidad de los corpusculos (que no particulas), es que esos corpusculos no tienen en absoluto una posición y una velocidad determinable. Un electron no tiene absolutamente nada que ver con una bolita dando vueltas, en realidad si quisiesemos visualizarlo sería un borrón de energia y materia limitado a un cierto espacio. La bolita que da vueltas es una aproximación simplificada para que de alguna manera le entre a la gente en la cabeza.

La probabilidad de la mecanica cuantica es intrinseca, no es que no podamos saber la situación concreta de un elemento a escala cuantica, es que no existe esa situación concreta, la situación es probabilistica de por sí. El mundo no es determinista en este nivel.