Antigua teoría de los cuantos: índice

LA PRE-CUÁNTICA

  •  La Antigua Teoría de los cuantos, desarrollada a partir de 1900, cuando Planck obtiene la fórmula teórica correcta para la radiación del cuerpo negro, supuso un enorme progreso hacia la comprensión del microcosmos que culminaría en 1925 con las primeras formulaciones de la nueva teoría cuántica. Todos los desarrollos teóricos entre 1900 y 1925, fecha de publicación del primer artículo de mecánica cuántica moderna (Heisenberg, “Sobre la interpretación cuántica de las relaciones cinemáticas y dinámicas”; Zeitschrift für Physik 33, 1925, pp. 879-893), constituyen la denominada “Antigua teoría de los cuantos”. Conocerla, especialmente la teoría electromagnética de Maxwell,  es fundamental para comprender cómo nace la cuántica, engarzada en la física de su tiempo: la física a finales del siglo XIX.
  • Alcanzado 1925, se había logrado gracias a ella la comprensión de un gran número de fenómenos inexplicables en términos de la Física Clásica, entre otros:
    1. La radiancia espectral del cuerpo negro.
    2. El fenómeno de los rayos catódicos, identificados en los tubos de descarga y pronto establecidos como chorros de electrones.
    3. Los espectros de líneas de los sistemas monoelectrónicos (y algunos más complicados, parcialmente): los modelos atómicos primitivos, que concibieron, a partir de Rutherford, un átomo compuesto por un núcleo de carga positiva rodeado por electrones de carga negativa en órbita alrededor de él. La cuantización de la energía que incorporaban estos modelos quedaría confirmada ya en 1914, en el experimento de Franck-Hertz.
    4. La estructura fina del Hidrógeno.
    5. Los efectos Stark y Zeeman normal (éste también explicado por la teoría clásica) para un átomo monoelectrónico.
    6. Algunas de las reglas de selección observadas para las transiciones atómicas de sistemas sencillos.
    7. El efecto fotoeléctrico.
    8. La presencia de una longitud de onda umbral en los espectros característicos de rayos X, descubiertos por Roentgen en 1895.
    9. La capacidad calorífica de los sólidos a baja temperatura.
    10. El efecto Compton.
    11. La difracción de partículas materiales, observada experimentalmente en 1927, tras la postulación de las ondas de materia por Louis de Broglie.
  • Sin embargo, la teoría presentaba numerosas limitaciones y defectos, y parecía que se había llegado a su límite de capacidad explicativa. La Física no conseguía avanzar en la justificación teórica de numerosos fenómenos observados con una teoría precuántica claramente insuficiente; por ejemplo:
    1. La teoría sólo se podía aplicar a algunos sistemas multiperiódicos, dejando fuera todos los complejos (átomos con más de un electrón) o los no periódicos.
    2. Adolecía de inconsistencia, en el sentido de mezclar sin reglas fijas conceptos clásicos y cuánticos, como evidencia la dualidad onda corpúsculo.
    3. No justificaba la mayoría de las reglas de selección, intensidades de líneas y polarizaciones de éstas observadas.
    4. El efecto Zeeman anómalo, que se produce al situar átomos en campos magnéticos débiles, escapaba a todo intento de explicación: requeriría la introducción del concepto de espín, un momento angular intrínseco sin análogo clásico postulado en 1925 por S. Goudmit y G.E. Uhlenbeck.
    5. El experimento de Stern-Gerlach, cuya explicación no fue posible hasta 1925, dado que requería variables sin análogo clásico para su justificación: el espín electrónico.
  • A partir de 1925, finalmente se logra desarrollar una teoría que supera todas estas dificultades y problemas, teniendo lugar la que se ha dado en denominar como “revolución cuántica”. Como protagonistas iniciales de ella, Heisenberg y Schrödinger, por separado y con versiones aparentemente distintas en un principio: primeros formalismos cuánticos. Inicialmente, la teoría comenzó por conjugar los aspectos corpusculares y ondulatorios, en una interpretación filosófica desarrollada por Niels Bohr bajo el nombre de “la dualidad onda-corpúsculo“.
  • En la entrada “cronología” puede encontrarse una línea del tiempo que nos indica la sucesión de experimentos y progresos teóricos que configuraron la nueva física cuántica.

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