G8N23

profesor aca subo mi ensayo, soy la TERCERA parte de la tripleta que va a manejar una evolucion sobre el estudio de la naturaleza de la luz. el grupo lo conformamos:

todos del grupo 8 Cesar Andres Molano lista 23 Juan carlos Bernal Quimbay lista 6 Eduardo Augusto Alarcón Tarquino lista 2



profesor hay algunas incongruencias fisicas del ensayo en el documento wiki pero en el documento de word todo sale perfecto. En especial hay problemas con las ecuaciones que en formato wiki no las deja ver.

CIENCIA SIN CERTEZA // Resumen: El problema de la mayoría de los físicos en los comienzos del siglo XX fue la descripción de la energía y dejaron de lado a la materia, pero vino en su nombre un científico de la nobleza francesa llamado Louis De Broglie el cual dio una idea bastante innovadora de lo que era la materia, pues dijo que tenia naturaleza dual, iniciando su análisis con el hecho de que si un foton tiene naturaleza de onda partícula ¿porque la materia no?. A esta idea se sumo el problema de la incertidumbre de Heisenberg pues nunca sabremos con total certeza la posición y la velocidad de una partícula. // Con la dualidad de la luz empezaron a determinarse principios que antes se tomaban como ilógicos pues eran inconsistentes si se analizaban con la física clásica. En la escena habían aparecido grandes científicos como Albert Einstein, Max Planck, entre otros, que habían hecho una revolución en el modo de ver algunos fenómenos físicos (efecto fotoeléctrico y radiación de cuerpo negro). Se puede decir que existía una moda por descubrimientos y análisis fabulosos que despertaron muchas inquietudes en varios científicos con el rompimiento de los paradigmas hechos por Einstein y Planck. Entre los científicos que aparecieron después y que son los autores de los temas analizados en el presente ensayo están: el francés Louis de Broglie (1892 – 1987) y Werner Heisenberg (1901 – 1976). Durante muchos años se pensaba que la física iba a ser una ciencia muy corta y aparecería incluso Lord Kelvin aconsejando a los estudiantes de física que no la estudiaran pues solo había unos cuantos experimentos que faltaban formular y la física se terminaría. Nunca pensó que esos experimentos harían una gran revolución científica y tecnológica. Entre las consecuencias del análisis de estos experimentos están el de considerar a la luz como un fenómeno dual de onda-partícula y con esto la formulación de dos ideas que hicieron encaminar a nuestro científico Louis De Broglie: a) en la energía de un fotón (partícula) aparece la variable frecuencia que es propia de las ondas; b) la cuantizacion del movimiento de los electrones en el átomo. Como se ve estas ideas hicieron pensar a De Broglie en forma inversa y no seguir la línea que se llevaba hasta el momento de seguir buscándole explicaciones a las radiaciones electromagnéticas; él se desvió por el camino de la materia: Ø La teoría corpuscular no acepta como variable a la frecuencia de una onda, por lo que alguna clase de onda debe estar relacionada al fotón. Ø En la explicación de fenómenos ondulatorios aparecen explicaciones cuantizadas. Louis de Broglie fue un científico Frances (1892 – 1987) ganador del premio Nobel en 1929 por su descubrimiento de la naturaleza ondulatoria de los electrones. Por estas dos razones De Broglie propuso que a los electrones también se les debía asignar un comportamiento ondulatorio. De esta manera él se formulo el razonamiento de que si la radiación presenta comportamiento de partícula entonces la materia debería tener un comportamiento asociado a una onda; de aquí que se menciono antes que él se fue por otro camino en el análisis pues la mayor preocupación de los científicos contemporáneos con él era de realizar modelos atómicos o de seguir explicando las ondas electromagnéticas. Estos razonamientos los resumió De Broglie en su postulado: “Es necesario tanto para la materia como para la radiación, en particular la luz, introducir simultáneamente el concepto de partícula y el concepto de onda. Como no pueden ser independientes debe existir un paralelismo entre el movimiento de la partícula y la propagación de la onda asociada que gobierna su movimiento.” Una explicación matemática rápida del postulado de De Broglie es el siguiente: ; momento de un fotón con masa cero en reposo. ; cuantización de la energía de Planck. Entonces tenemos: Y como formula definitiva planteada por De Broglie tenemos una relación entre la cantidad de movimiento y la longitud de onda de una partícula en movimiento: Y como podemos ver la longitud de onda asociada a la partícula solo puede ser posible //si la partícula se encuentra en movimiento//. Todo se ve muy bonito con la teoría propuesta por De Broglie pero falta lo fundamental que es la predicción en la practica demostrando esto con algún experimento. Solamente bastaron dos años para que dos científicos demostraran lo propuesto por De Broglie, estos científicos fueron: C.J. Davisson y L.H. Germer. El experimento es sencillo pues simplemente lo que hicieron fue incidir un haz de electrones en una placa de níquel, pero este metal no era cualquiera pues era un bloque de níquel monocristalino, que produjo un efecto de dispersión en los electrones. Dispositivo utilizado por Davisson y Germer en el experimento que demostró la naturaleza ondulatoria de los electrones. Con un detector se pudo observar una serie de acontecimientos extraños en los electrones dispersados, pues como primera medida los electrones presentaban un máximo de corriente cuando su energía cinética era de 54 eV y si aumentaba la energía cinética la corriente disminuia. Además a un ángulo de 50º y con un potencial de 54 eV se producía el mayor valor de corriente. Las explicaciones a estos fenómenos se deben al hecho de que se produjo algún tipo de interferencia y no de una interferencia entre electrones sino la interferencia entre las ondas asociadas a un solo electrón, demostrándose esto enviando electrones de uno en uno al bloque de níquel obteniéndose el mismo patrón. Pero con un experimento del cual estamos más familiarizados es con el experimento de la doble rendija, pero en este caso en vez de usar luz vamos a utilizar un chorro de electrones. Como ya se había demostrado antes si se pasa luz por la doble rendija se produce un patrón de interferencia demostrando así la naturaleza ondulatoria de la luz. Pero ¿que pasaría si ahora se mandara materia?, pues para sorpresa de la mayoría también se produce un patrón de interferencia el cual nos deja atónitos al pensar en las partículas (elementos puntuales) se comporten como ondas (elementos continuos en el infinito). Aquí también se pensaría que los electrones interfieren con otros y producen la interferencia pero si se manda de a un solo electrón también se obtiene el mismo patrón de interferencia. Si se grafica la función de los electrones en la proyección se obtiene una función de probabilidades; pasando así de una ciencia de la exactitud, ahora a una ciencia de probabilidades algo que no suena muy elegante. Si hiciéramos el experimento con una sola rendija tendríamos una función de onda en la cual la máxima probabilidad de llegada de los electrones se encuentra en un ángulo de cero grados desde la rendija hasta la proyección en la pantalla. Ahora si determinamos estas funciones con la letra ψ1 y ψ2 respectivamente para determinar las ranuras 1 y 2, al tener ambas ranuras abiertas el sentido común nos diría que simplemente seria la suma de estas funciones pero no es así en vez de esto se dice que están en superposición y la probabilidad de detectar al electrón en la pantalla esta dada por: Con todo esto queda demostrada la doble naturaleza de la materia que rompe con todos los esquemas que se venían haciendo desde el inicio de la humanidad incluso ahora para mucha gente esto es difícil de comprender y hasta el mismo Einstein estaba en desacuerdo con esta teoría ya que como antes habíamos mencionado se estaba convirtiendo en una ciencia de las probabilidades. Para culminar con este asesinato del sentido común aparecería para marearnos más el científico Werner Heisenberg el cual nos dijo que es imposible por más que quisiéramos medir con total exactitud la posición y la velocidad de una partícula. Determinemos el siguiente ejemplo para ver que la medición altera el resultado. El problema de saber por que lugar seguían los electrones en el experimento de la doble rendija llevo a que se colocara un detector que avisara el camino por el cual pasaba el electrón; esto se realizo mandando de a un solo electrón. Al final el resultado no fue el patrón de interferencia del comienzo sino que fue lo que el sentido común siempre nos había dicho, el resultado fue el siguiente: Es decir con el simple hecho de observar por donde pasa el electrón alteramos totalmente el resultado y este paso a comportarse totalmente como una partícula concreta. Así que Heisenberg propuso que si sabemos con certeza total (100%) el valor de una variable como la posición nunca sabremos cuanto vale la velocidad de la partícula, todo esto porque simplemente no podemos determinar en que lugar se encuentra una onda, pues una onda esta en todas partes a la vez. Matemáticamente propuso que la incertidumbre en la posición multiplicada por la incertidumbre en la velocidad nunca es menor que la mitad de la contante de Planck. De esta manera vemos primero que todo que algo que conocíamos con claridad como es el análisis de una partícula ahora se confunde en una definición de doble naturaleza (onda-particula) algo así como materia-energía al mismo tiempo que no pueden nunca disociarse y siempre están presentes aunque a nivel macroscópico no lo veamos tan claro. Esto también nos dice que el mundo cuantico (microcosmos) es algo muy caótico en donde todo lo que creíamos es desboronado para convertirse en un mundo algo caótico donde la predicción con total certeza nunca existirá. De esta manera vemos que si nos encogiéramos hasta el microcosmos cuantico veríamos algo muy desordenado donde no sabríamos en que lugar están las cosas ni con que velocidad van ya que las partículas son ondas y por consiguiente están en todo lado y según Werner Heissenber nunca sabremos con certeza la velocidad ni la posición de una partícula es decir la física se convirtió en un ciencia de la probabilidad, una ciencia sin certeza. //__ Referencias __// : Ø GARCIA CASTAÑEDA, Mauricio. __Introducción a la fisica moderna.__ Bogota, 3º ed., UNIBIBLOS, 2003. Ø SERWAY, Raymond. __Física__. Estados Unidos de America, 4º ed., Mc Graw Hill, 1998. Ø GONZALEZ, Luis. __El burro de sancho y el gato de Schrodinger__. México, Ediciones Paidos Ibérica S.A., 2000.