La mecánica cuántica describe la naturaleza como  absurda al sentido común. Pero concuerda plenamente con las pruebas experimentales. Así se  puede aceptar a la naturaleza como realmente es, absurda.

En  nuestro mundo  es fácil diferenciar entre una onda y una partícula; en el mundo de la mecánica cuántica, las cosas son diferentes. Un conjunto de partículas, como un chorro de electrones moviéndose a una determinada velocidad puede comportarse según todas las propiedades y atributos de una onda.

Por otro lado, un rayo de luz puede, en determinadas circunstancias, comportarse como fotones. Así, al incidir un rayo de luz sobre la superficie lisa de un metal se desprenden electrones de éste. La energía de los electrones arrancados al metal depende de la frecuencia de la luz incidente y del metal.

Según  De Broglie, cada partícula en movimiento lleva asociada una onda, de manera que la dualidad onda-partícula  ayudo a una mejor comprensión del mundo del cuanto.

Un macro cuerpo también tiene estas propiedades, pero su longitud de onda es tan pequeña que no puede detectarse. De Broglie, no interpretó muy bien este resultado, pues según él el electrón era como un bote viajando por una ola. Luego llego Heisenberg y formulo que es imposible conocer con certeza el momento p y la posición de una partícula simultáneamente.

El principio de incertidumbre de Heisenberg es uno de los peldaños más estables e importantes de la mecánica cuántica. Se debe tener en cuenta  que la incertidumbre es una propiedad intrínseca en la naturaleza.

Mientras  ocurría todo esto Schrödinger un físico excepcional desarrolló una herramienta  de valor práctico incalculable  para resolver problemas en términos conceptuales de mecánica ondulatoria. Claro está que esto parecía dar un paso atrás puesto que las ecuaciones de este daban los mismos resultados  de la misma forma en que en ese momento se trataba la teoría cuanto es decir con mecánica matricial y algebra cuántica.

A pesar de toda esta actividad de grandes científicos tales como Heisenberg, Bohr quien subrayó la importancia de los experimentos para nuestra comprensión del mundo cuántico,Pauli por el descubrimiento del principio de exclusión, Schrodinger, no se puede ocultar el hecho que estos avances acabaron en los mismos años 20.
 

Las partículas del mundo atómico se comportan de manera totalmente ajena a nuestra experiencia diaria. Por eso, los físicos tienen que recurrir a las matemáticas para describir adecuadamente la realidad. Dirac encontró una descripción matemática del electrón que explicaba las características de esa partícula, implicaba la existencia de una partícula idéntica al electrón con signo contrario en la carga la que llamo positrón. Cuando un electrón y un positrón se destruyen mutuamente la masa de las dos se transforma totalmente en energía. Este fenómeno es una excelente demostración de la equivalencia entre masa y energía descubierta por Albert Einstein y resumida en la famosa fórmula: E=mc²
 

De esta manera Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los

láser y de sus predecesores, los máseres. Este personaje jamás imaginó que una idea suya algún día serviría para llenar de luces multicolores los conciertos de Shakira. El funcionamiento del láser se  basa en un proceso que se conoce como la emisión estimulada.

En nuestro mundo actual existen muchas cosas que gracias al extraño pero fascinante comportamiento de los electrones hemos desarrollado.

Hubo un tiempo, no hace mucho, en el que los biólogos juraban la mecánica cuántica no jugaba ningún papel en los sistemas calientes de la vida. Por ejemplo se puedes construir o reconstruir genes debido a que los átomos se agrupan en ciertas disposiciones, estando separados por ciertas distancias y con enlaces químicos de cierta densidad.

Desde entonces, la disciplina de la biología cuántica ha emergido como uno de los mejores campos en la ciencia. Parece como si los efectos cuánticos fueran cruciales en algunos procesos biológicos.

Todos estos logros que se han conseguido gracias a la inentendible y tan poderosa mecánica cuántica funcionan sin embargo nadie sabe por qué, como dijo Feynman "Si usted piensa que entiende a la mecánica cuántica... entonces usted no entiende la mecánica cuántica" palabras que hasta el día de hoy son tan verdaderas como lo es la física cuántica.

Por: Danilo Alejandro Arturo Rodríguez

La luz siempre ha sido un misterio desde principios de la Física, puede ser vista y aún medida, aunque siempre se escape al alcance de nuestros ojos. Solo una pequeña parte del espectro de luz puede ser percibida directamente por nuestros ojos.

Para explicar este Fenómeno y muchos más que nos  rodean, Isaac Newton invento la física  dando forma a las matemáticas que pretendían describir nuestro mundo físico.

Las observaciones que hizo Newton sobre la naturaleza fueron la base de la rama científica conocida como “física clásica”, teniendo mucho éxito al explicar cosas como el movimiento de los planetas. La física clásica es tan precisa que  nos ha permitido calcular las órbitas de nuestros satélites.

Sin embargo a principios del siglo XX, los avances científicos revelaron un lugar de la naturaleza en el que las leyes  de Newton  parecían no funcionar en el mundo microscópico del átomo, entonces se desarrolló la física cuántica.

Cuando se trató de explicar por primera vez el comportamiento de la luz se hizo de forma corpuscular,  Isaac Newton pensaba que la forma en que rebota la luz en un espejo es parecido al modo de rebotar una pelota en una pared. El pensamiento de Newton fue aceptado por cierto tiempo, Sin Embargo llegó Young he impuso definitivamente la Teoría Ondulatoria, donde demostró que la luz era una forma de movimiento ondulatorio que se propagaba a través del éter.

Conforme se desarrolla la ciencia, así mismo surgen más y más preguntas que aún no se encuentra solución, una de las grandes incógnitas que han surgido en la historia es ¿de qué están compuesta la materia? Los antiguos filósofos y sabios empezaron a encontrar respuestas a este interrogante; pero a principios del siglo XIX se estableció por primera vez que la materia está compuesta por átomos. Desde este punto se empiezan a crear una serie de modelos atómicos donde cada vez se volvía más complejo. Se realizaron innumerables experimentos donde han sobresalido en la historia grandes personajes tales como: Ernst Rutherford, John Dalton, Joseph John Thomson,  Niels Bohr, Schrödinger.

El modelo de Rutherford, en el que los electrones se mueven alrededor de un núcleo positivo muy denso, explicaba los resultados de experimentos de dispersión, pero no el motivo de que los átomos sólo emitan luz de determinadas longitudes de onda, ni como las cargas negativas no se precipitaban sobre el núcleo positivo.

En el momento en el que se realiza estas interrogantes nace la primera versión de la Teoría cuántica donde las respuestas las proporcionó el análisis del modo en que los átomos interaccionan con la luz.

La Teoría Cuántica es una teoría gobernada por la probabilidad donde describe la posibilidad de que un suceso dado suceda en un momento determinado, sin especificar cuándo ocurrirá. A diferencia de lo que ocurre en la Física Clásica, en la Teoría Cuántica la probabilidad posee un valor  esencial; Así en este mundo, donde cualquier cosa puede suceder, donde ninguna posibilidad puede ser descartada el primer avance que llevó a la solución de aquellas dificultades fue la introducción por parte de Planck del concepto de cuanto, como resultado de los estudios de la radiación del cuerpo negro realizados por los físicos en los últimos años del siglo XIX

Su hipótesis fue que la energía sólo es radiada en cuantos cuya energía es (h*u), donde u es la frecuencia de la radiación y h es la  constante de Planck.

Los siguientes avances importantes en la teoría cuántica se debieron a Albert Einstein; un personaje  que la idea de una teoría gobernada por la probabilidad le parecía un anatema a la que se refirió con las siguientes palabras “Dios No juega a los dados”

Este mismo personaje empleó el concepto del cuanto introducido por Planck para explicar determinadas propiedades del efecto fotoeléctrico, un fenómeno experimental en el que una superficie metálica emite electrones cuando incide sobre ella una radiación.

Einstein amplio sus ideas cuánticas sobre la radiación hasta 1911 donde señalo ante una comunidad científica que la mejor forma de entender la luz consiste en fusionar la teoría ondulatoria y corpuscular  que habían competido entre de si por varios siglos.

Ahora el turno era para Bohr quien unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia la Física Cuántica.

Niels Bohr trató de incorporar en su modelo atómico la teoría de “cuantos de energía”  desarrollada por Max Planck y el efecto fotoeléctrico observado por Albert Einstein.

Este nuevo modelo que nos recuerda al modelo planetario de Copérnico, los planetas describiendo órbitas circulares alrededor del Sol. El electrón de un átomo describe también órbitas circulares, pero los radios de estas deben tener valor fijo. También es de suma importancia el hecho de que se establece por primera vez que los electrones se "ordenan" en niveles y subniveles, es decir, hay electrones que tienen alto nivel de energía y otros electrones que tiene menor nivel de energía. Esto último constituye el antecedente de la explicación de las reacciones químicas.

La teoría de Bohr sobre el átomo, fue uno de los momentos cruciales de la física y durante 50 años no han surgido ninguna gran revolución comparada con la de la física cuántica.

El universo está lleno de misterios y que muchas veces contradicen las teorías de la ciencia, donde todos los días, algo insólito  se descubre y surgen nuevas incógnitas, un universo donde nuestra propia existencia es un misterio, que a pesar de nuestros grandes avances científicos, en cualquier momento las viejas teorías se desechan y las nuevas teorías se proponen, un universo donde los limites traspasan la velocidad de la luz, donde los limites  los ponemos nosotros.

Por: Danilo Alejandro Arturo Rodríguez 

Durante mucho tiempo hubo personas que estudiaban los fenómenos de la naturaleza, que trataron de conocer sus causas, trataron de darle explicación pero fueron pocos los que lograron esto. Además de lo complejo que resultaba encontrar una explicación a tales fenómenos, los pensadores (sobre todo los europeos) debían lidiar con un problema aún más grave que podía costarles la vida, me refiero a  la iglesia católica, la cual no aceptaba que fueran puestas en duda las explicaciones a tales fenómenos que ellos consideraban como verdaderas. Uno de estos dogmas que eran incuestionables era el hecho de que la tierra es el centro del universo.

Aunque ya muchas personas avían planteado la posibilidad de que la tierra no fuera el centro del universo hubo uno que se destacó de los demás fue Nicolás Copérnico (1473-1543), quien según el artículo Nicolaus Copernicus es:

Astrónomo polaco quien propuso que los planetas tienen el dom como el punto fijo al que sus movimientos se refiere, que la Tierra es un planeta que, además de que orbita el Sol cada año, también se convierte una vez al día sobre su propio eje, y que muy lento y a largo plazo los cambios en la dirección de este eje cuenta para la precesión de los equinoccios (anónimo, s.f, p.1).

Esta clase de planteamientos tan revolucionarios y exactos para su época causaron un gran revuelo, sobretodo en la iglesia católica. Ya que tales afirmaciones contradecían lo propuesto por la iglesia, todas las ideas que proponían que Dios creo al hombre por lo tanto debían estar en el centro del universo. Sin duda Copérnico pudo haber dado un gran golpe al ego del hombre quien pensaba que era el centro del universo.

            Por esa época todas las personas que proponían teorías como la de Copérnico que afectaban directamente a la iglesia eran perseguidos bajo el cargo de herejía y asta eran amenazados con quemarlos en la hoguera, mientras que sus obras eran prohibidas, algunas las quemaban en publico o las encerraban bajo llave (Boscan, 2006 citado por Hernández, 2007). Actos como este llevaron a Europa a sumirse en un oscurantismo donde ninguna clase de pensamiento (distinto a los dogmas aceptados por la iglesia) podía florecer libremente.

            A pesar de toda la opresión que ejercía la iglesia católica en contra de las personas que se atrevían a opinar diferente hubo personas que se arriesgaron, que miraron asía otro lado, que intentaron salir de la oscuridad.  Hablo de dos grandes científicos que marcaron para siempre a la ciencia, Kepler y Galileo.

 Aunque Copérnico ya había planteado su teoría heliocéntrica, esta era desconocida por la gran mayoría inclusive los que podían tener acceso a ella no la lograban comprender muy bien. “La verdadera entrada en escena de Copérnico se dio de la mano de su más fiel partidario: el físico italiano Galileo Galilei quien defendió a capa y espada sus ideas” (Hernández, 2007), pero antes de internarme en los trabajos de galileo deseo hablar de Johannes Kepler quien fue contemporáneo de Galileo.

            Kepler Como lo menciona Carl Sagan en un programa de la serie Cosmos titulado La armonía de los mundos tuvo su primer contacto con la teoría heliocéntrica de Copérnico en la universidad de Tubinga, donde su profesor de matemáticas le revelo las ideas revolucionarias de este pensador. Luego fue nombrado profesor de matemáticas en la universidad de Graz. Allí fue donde Kepler miro nacer una de sus teorías sobre el universo (aunque estaba equivocada se convirtió en una obsesión y le tomaría bastante tiempo darse cuenta de su error) al trazar tres líneas en un círculo del zodiaco formando así un triángulo con sus tres lados iguales. Fue así como comenzó a relacionar los seis planetas conocidos hasta el momento con los 5 polígonos regulares que existen. Kepler perdería varios años de su vida tratando de hacer funcionar su modelo.

            Al parecer Kepler era muy obstinado por que permaneció con la idea de que los sólidos regulares eran el soporte para los planetas por mucho tiempo, llevándolo de un fracaso tras otro, no me puedo imaginar la frustración que debió sentir Kepler por la impotencia de no poder demostrar su hipótesis tras intentarlo por tanto tiempo.

            Después de batallar con su modelo durante mucho tiempo sin tener resultados llego a la conclusión de que los sólidos regulares no tenían nada que ver con las órbitas de los planetas, como lo menciona Sagan después de aceptar su equivocación Kepler le pido ayuda a Tycho Brahe quien tenía los datos más precisos de las órbitas planetarias. Además de haber fracasado en su teoría Kepler fue exiliado de Graz bajo la pena de muerte. Por esta razón Kepler se mudó junto con su esposa y su hijastra a la casa de Tycho, donde esperaba que Tycho compartiera los datos de sus observaciones, pero lo único que resabia eran datos aislados. Kepler solo obtuvo dichos datos después de la muerte de Tycho. Estos datos llevaron a Kepler a una realidad que contradecía o que el avía pensado toda su vida, las orbitas de los planetas no eran circulares sino que eran elípticas.

            Después de tantos años de intentos fallidos con la hipótesis de los sólidos regulares, después de pensar que Dios era un dios matemático por eso debió crear los planetas para que giren en orbitas circulares, después de todo esto Kepler estableció tres leyes que han perdurado hasta nuestros tiempos pero que irónicamente no tienen nada que ver con ese sueño de un universo formado por los sólidos perfectos ni mucho menos por las órbitas circulares.

            Hay que resaltar dos cosas de Kepler, su perseverancia y su honestidad. Kepler a pesar de que creía en un modelo donde prevalecían las figuras geométricas regulares supo aceptar su derrota y pudo abrir su mente a una solución que era contradictoria a su pensamiento y lucho durante mucho tiempo a pesar de todos los fallidos intentos por encontrar la verdad. Kepler siguió adelante porque creía en lo planteado por Copérnico se negaba a creer que la tierra era el centro del universo. Al igual que Kepler hubo otra persona con una mente brillante que no tenía nada  envidiarle a Kepler, me refiero a Galileo otro defensor de las ideas copernicanas, Galileo vivió en la misma época que Kepler pero en lugares distintos. Galileo era italiano…

            Galileo es considerado el creador del meto experimental en física, estableciendo que cualquier afirmación relacionada  con algún fenómeno debía estar fundamentada en experimentos y en observaciones cuidadosas. Este método de estudio no se había adoptado asta entonces, por lo cual varias conclusiones de Galileo se oponían al pensamiento de Aristóteles (Máximo y Alvarenga, 2003, P. 78).

            Esta forma de estudio tan revolucionaria para su época ayudo a aclarar muchas dudas con respecto al movimiento de los cuerpos, también puso en tela de juicio muchos dogmas que la iglesia avía impuesto los cuales en esa época eran incuestionables. Gracias a que Galileo era objetivo y solo se basaba en los datos de sus experimentos tuvo otra perspectiva de las cosas y pudo abrir su mete a nuevas  posibilidades, llevándolo a encontrarse con cosas fascinantes algunas ya avían sido planteadas pero este genio las comprobó con sus experimentos, otros fenómenos físicos si fueron descubiertas por él.

            Aunque toda su vida se dedicó al estudio de la física, Máximo y Alvarenga (2003) mencionan en su libro física general que por petición de su padre estudio medicina por tratarse de una profesión lucrativa (p. 82).

            Al parecer a Galileo no le interesaba ganar mucho dinero ya que tiempo después abandonó sus estudios médicos para dedicarse a lo que realmente le apasionaba. Debió ser una decisión difícil de tomar porque al dejar la medicina estaba yendo en contra de su padre, además tomo un camino incierto en el ámbito económico. A pesar de todo Galileo se dedicó a lo que realmente le apasionaba teniendo un gran éxito en su vida.

            Su primer estudio de los fenómenos físicos probablemente fue el que realizo a observar el movimiento pendular de un candelabro,  después de darse cuenta que las oscilaciones tardaban lo mismo sin importar el tamaño de la oscilación. Este fenómeno lo lleno de curiosidad por lo que reprodujo este fenómeno con péndulos de diferentes tamaños y pesos lo que lo llevo a descubrir que “el tiempo de oscilación no depende del peso del cuerpo suspendido del extremo de la cuerda, es decir, el tiempo de oscilación es el mismo tanto como para un cuerpo ligero como para un pesado” (Máximo y Alvarenga, 2003).   

            Al realizar los experimentos con los péndulos Galileo llego a una conclusión que sin duda debió ser difícil de publicar ya que para la época la iglesia era la que desidia sobre lo que era verdad y mentiras, por ejemplo la idea aristotélica de que los cuerpos mas pesados caerán con una rapidez mayor que los más livianos. Lo cual le complicaba las cosas a Galileo que con sus experimentos del péndulo según Máximo y Alvarenga avía llegado a la conclusión de que en caída libre sin importar la masa de los objetos estos caerán simultáneamente si son soltados de la misma altura y al mismo tiempo.

            Sin duda esto le debió causar muchos problemas con la iglesia por contradecir las ideas aristotélicas. Pero aquí no acabarían sus problemas ya que la mente inquieta de galileo permanecía en constante análisis. Así fue como de un catalejo galileo desarrollo el primer telescopio, permitiéndole ver cosas muy lejanas no solo en la tierra sino que también en el cielo. Con su telescopio realizo muchos descubrimientos de los cuales los más importantes son:

1.           Se dio cuenta de que la superficie de la Luna es rugosa e irregular, y no lisa y perfectamente esférica como se creía.

2.           Descubrió que hay cuatro satélites que giran alrededor de Júpiter, contradiciendo así la idea aristotélica de que todos los astros debían girar alrededor de la Tierra. Algunos filósofos de la época se negaban a negar a través del telescopio, para no verse obligados a admitir la realidad, y llegaron a afirmar que las observaciones eran irreales y solo trucos ideados por Galileo.

3.           Comprobó que el planeta venus presenta faces (como las de la luna), observación que llevo a concluir que Venus gira alrededor del sol, como aseguraba el astrónomo Copérnico en su teoría heliocéntrica (Máximo y Alvarenga, 2003, p. 83 y 84).

Estos descubrimientos le ocasionaron graves problemas con la iglesia ya que esto contradecía los pensamientos aristotélicos aceptados por esta, además defendía las ideas ya condenadas como heréticas de Copérnico. Esta serie de trabajos tan controversiales ocasionaron que la inquisición tomara partido en esto de lo cual no se podía esperar nada bueno. Galileo fue obligado a confesar su herejía en público, sus obras fueron prohibidas y él fue condenado a permanecer en arresto domiciliario por el resto de su vida, además se le prohibió divulgar o enseñar de cualquier manera las ideas copernicanas.

Kepler y Galileo tienen en común la astronomía, y su fe en la teoría heliocéntrica además de que vivieron en la misma época (Kepler de 1571 a 1630 y Galileo de 1564 a 1642), pero nunca llegaron a encontrarse para compartir su trabajo, tal vez Kepler hubiera perfeccionado sus teorías ya que el no pudo saber porque los planetas permanecían en movimiento, aunque galileo ya tenía una noción de esto no la había podido concretar, según Hecht  (1987) Galileo al experimentar con los planos inclinados avía llegado a la conclusión de que en un plano infinito y sin fricción una bola ya en movimiento seguiría moviéndose sin variar su velocidad, esto era la idea de inercia actual pero Galileo cometió un error cuando dijo que esto solo era aplicable a sistemas circulares.

Como podemos ver galileo estuvo a punto de entender la inercia pero al final se desvió de la verdad, además Kepler tampoco pudo saber porque los planetas permanecían en movimiento y algo más que ninguno de los dos entendía que fuerza era la que atraía las cosas al centro de la tierra.

Debió ser una coincidencia pero la persona que resolvería estas dudas nació justo el mimo año que murió Galileo en 1642, hablo por supuesto de Issac Newton.

Según lo relatado por Hecht (1987) newton tuvo su periodo de brillantes cuando tuvo que regresar a la finca de su familia por causa de la Gran peste donde permaneció por dos años. En ese tiempo newton realizo varios trabajos de cálculo y de óptica muy importantes, también realizo su gran hallazgo que fue la ley universal de la gravedad (p. 100).

Aunque durante este tiempo no desarrollo su obra maestra, fue aquí donde consiguió realizar uno de sus más grandes trabajos que fue con el que soluciono el problema del área de la parábola, sin duda esto marco la historia. Pero fue después de que se acabara la gran peste cuando comenzó a desarrollar su obra cumbre.

Según Hecht Newton comenzó a escribir su obra maestra gracias a su amigo Edmundo Halley quien lo animo para que la escribiera, esta obra se tituló principios matemáticos de la filosofía natural (p. 102).

Los principios, como suele llamarse, contienen la teoría del movimiento de Newton, y es considerada por muchos como la obra creativa más grande de todos los tiempos. Tomo la ley de inercia de Descartes, bebió en la obra de Galileo el aspecto esencial de la aceleración, formulo independientemente la noción de la fuerza centrípeta, descubrió la ley universal de la gravedad y combino todo esto brillantemente desde el punto de vista de las leyes de Kepler (Hecht, 1987, p.102 y 103).

Esta obra para mi es la cumbre de los trabajos de Copérnico, Kepler, Galileo y el mismo Newton, ya que en ella plasma un poco de los trabajos de todas estas grandes mentes.  Newton con su brillantes se podría decir que es el complemento perfecto para los huecos en los trabajos de Kepler y de Galileo ya que él pudo encontrar la fuerza que  nos atrae asía el centro de la tierra, completo la ley de la inercia que había dejado galileo y realizo otros trabajos que ayudaron a la comprensión de los fenómenos físicos.

 Los descubrimientos de estos grandes científicos están conectados entre sí, tal vez si Copérnico no hubiera presentado su teoría heliocéntrica Kepler y Galileo se hubieran dedicado a otra cosa ya que estos dos eran tal vez los más grandes  creyentes  y defensores del heliocentrismo, y claro newton no hubiera podido basarse en el trabajo de Kepler y en el de Galileo para realizar su obra.

Para finalizar quiero poner como ejemplo estas personas que sin importar lo que les pudo pasar creyeron en sí mismos, por eso fueron capaces de ir en contra de todos para defender la verdad, para defender sus ideales y poner ante todo la razón y la objetividad, que esto nos sirva de ejemplo para nuestras vidas. Si crees en algo defiéndelo.

REFERENCIAS

Cosmos Studios. (2000). La armonía de los mundos. (video). Recuperado el 4 de Noviembre de 2012 de la Word wide web:

https://www.youtube.com/watch?v=G7LjT4BHoZk

Encyclopedia Britannica facts matter. Nicolaus Copernicus. Recuperado el 3 de noviembre de 2012 de la Word wide web:

https://www.britannica.com/EBchecked/topic/136591/Nicolaus-Copernicus 

Hernández. (2007). Geocentrismo. Heliocentrismo. Recuperado 3 de noviembre de 2012 de la Word wide web:

https://elheliocentrismo.blogspot.com/2007/12/geocentrismo.html   

Máximo, A; Alvarenga, B. (2003). Física General. México:

Editorial Oxford University Press México.

Hecht, E. (1999). Física en perspectiva. México:

Editorial Addison Wesley Longman

Edison Arbey Muñoz Astaiza

Lectura y producción de textos, grupo 123,

Universidad de Nariño,  Pasto, Colombia.

Noviembre 6 de 2012