A finales del siglo XIX y primeros del XX se producen una serie
de descubrimientos que ponen de manifiesto la insuficiencia de la física
clásica cuando se aplican al mundo de lo muy pequeño o de lo muy grande, al átomo y al Universo.
En el primer caso la física “determinista” clásica se sustituye por la teoría cuántica
(de estudio estadístico y probabilístico); en el segundo, la mecánica
newtoniana es sustituida por la teoría especial de la relatividad.
Durante siglos nuestro conocimiento adquirido se
fundamentaba en la premisa básica que nos habla de la existencia de una
realidad externa objetiva y definida, independientemente de cuan poco o mucho
conozcamos de ella. Es difícil encontrar el lenguaje o los conceptos para
manejar una idea de realidad que solo llega a materializarse en algo real
(valga la redundancia) cuando es medida, es decir cuando es observada. La luz
es una partícula cuando colocamos detectores para medir la llegada de
partículas, de lo contrario, la luz sufre interferencias, refracción y
difracción como su comportamiento ondulatorio así lo determina.
Notemos otra diferencia crucial entre ambas físicas, el
principio de incertidumbre, que solo existe en la cuántica. Este principio que
dice que no podemos conocer simultáneamente dos variables complementarias como
la velocidad y la posición de una partícula. Para los clásicos si medimos una propiedad
intrínseca de una partícula, una vez realizada dicha medición, sabremos con
exactitud el estado de dicha partícula y podríamos predecir el resultado de
cualquier medición futura. Para los cuánticos, el acto de medición es un evento
donde interactúan el que mide/observador y lo que es medido/observado para conjuntamente
producir un resultado. El proceso de medición no significa determinar el valor
de una propiedad física pre-existente. El principio de incertidumbre esta
íntimamente ligado a la naturaleza probabilística de las mediciones cuánticas,
esto significa que la mecánica cuántica predice acerca de la probabilidad de
obtener tal o cual resultado, pero nunca puede con certeza decir en un caso
individual que es lo que va a ocurrir.
Avancemos un poco mas en este tema de los comportamientos
probabilísticos. Si arrojamos una moneda al aire diremos que las posibilidades
de obtener cara o cruz serán de un 50 %. Si tuviéramos un mecanismo perfecto de
observación, podríamos predecir cada vez que arrojamos las moneda cual será el
resultado ( si cara o cruz). Podemos decir entonces que el concepto de
probabilidad aquí esta cubriendo nuestra ignorancia en la medición por no
contar con un mecanismo perfecto.
En física cuántica el
concepto probabilístico es diferente. La probabilidad no cubre falta de
información sino que es una característica intrínseca de la naturaleza. Ej: un
fotón dentro de un haz de luz, tiene cierta probabilidad de pasar el vidrio o
de reflejarse en el, sin ninguna explicación racional de porque algunos pasan y
otros se reflejan, cuando todos provienen de la misma fuente y forman parte del
mismo haz en las mismas condiciones. Bien esto que Einstein nunca acepto,
parecería ser como la naturaleza se comporta a nivel micro sin importar si
podemos entenderlo o no.
Introducción a la Física Moderna.
Algunos fenómenos que explican la insuficiencia de la Física Clásica
- Teoría de la relatividad
- la radiación de un cuerpo negro (catástrofe ultravioleta)
- el efecto fotoeléctrico
- el carácter discontinuo de los espectros atómicos
- el efecto Compton
- Hipótesis de Planck: cuantización de la energía
- Teoría de Eistein del efecto fotoeléctrico: concepto de fotón (aspecto corpuscular de la radiación)
- Espectros discontinuos: niveles de energía de los átomos
- Hipótesis de De Broglie (aspecto ondulatorio de la materia)
- Dualidad onda-copúsculo (superación de la dicotomía partícula-onda característica de la física clásica.
- Principio de incertidumbre de Heinsenberg
- Determinismo y probabilidad
- Dominio de validez de la física clásica
- Radiactividad
- Interacciones nucleares
- Partículas elementales.
- Aplicaciones y riesgos de la fisión y fusión nuclear
