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En 1924 un joven Louis de Broglie (1892-1987) planteó para su tesis doctoral una idea disruptiva pero de matemática sencilla: si las ondas como la luz tienen un comportamiento corpuscular, ¿pueden tener las partículas como los electrones un comportamiento ondulatorio?
Efectivamente de Broglie encontró la forma teórica de las ondas asociadas a las partículas, y aunque no sabía muy bien qué representaba esta onda, la idea unió definitivamente los destinos de la teoría de la luz con las investigaciones sobre la estructura de la materia que se estaban llevando a cabo paralelamente al principio del S. XX.
Y es que recordemos, aunque todo apuntaba a la existencia del átomo, no hubo certeza científica sobre ello hasta 1905, cuando Albert Einstein publicó un artículo sobre el Movimiento Browniano. Sí, de nuevo Einstein y de nuevo 1905. Si te preguntas cuál fue el cuarto artículo de este Annus Mirabilis que cambió el mundo, fue la equivalencia masa-energía: E=mc2
En 1911 Ernest Rutherford (1871-1937), basándose en el modelo atómico de JJ Thompson (1856-1940) de 1904, publicó un nuevo modelo en el que la carga negativa -electrones- giraba alrededor de un núcleo cargado positivamente, deduciendo que la materia estaba prácticamente hueca.
Sin embargo Rutherford era consciente de un grave problema de este modelo: como había demostrado el Electromagnetismo, un electrón girando emitiría radiación, por tanto perdería energía y colapsaría con el núcleo rápidamente. Además, no explicaba los espectros de emisión del átomo de hidrógeno. Algo no terminaba de cuadrar.
Niels Bohr (1885-1962) resolvió parcialmente el problema en 1913, postulando un nuevo modelo de átomo según el cual los electrones seguían órbitas circulares sin irradiar energía, donde esas órbitas estaban cuantizadas (el momento angular no podía tomar cualquier valor), y donde el electrón emitía o absorbía energía (un fotón) al cambiar de órbita*.
Aunque este modelo explicaba a la perfección todas las observaciones de la época, era un modelo inductivo, y no era capaz de explicar por sí mismo por qué el átomo se comportaba así.
El siguiente salto sustancial lo dio en 1925 Werner Heisenberg (1901-1976), quien intentó dar a la física cuántica un primer formalismo matemático matricial para explicar las cantidades observables, un cambio de paradigma que supuso una ruptura total con la física clásica: no quería definir la trayectoria del electrón dentro del átomo, simplemente quería saber dónde lo encontraría al realizar una medición.
Ese mismo año de 1925, Erwin Schrödinger (1887-1961) tomó un camino diferente al de Heisenberg, y partiendo de la equivalencia onda-partícula de Louis de Broglie trató de encontrar la ecuación diferencial original cuya solución para partículas en movimiento libre daba lugar a ondas planas.
Schrödinger encontró dicha ecuación, pero seguía sin entender el significado de la función de onda que obtenía al resolverla. De hecho la ecuación contenía el número imaginario i (raíz cuadrada de -1), por tanto dedujo que esa onda no podía corresponderse con nada físico.
La confusión y el desconcierto sobre esta función de onda compleja se unía a la incomprensión sobre la interferencia y la difracción que se observaba en partículas como la luz.
Hubo que esperar hasta 1926 para que otro de los padres de la física cuántica, Max Born (1882-1970), pudiera por fin interpretar el significado de la función de onda en la que posiblemente sea la mayor revolución científica de la histora, afirmando que esta no era una onda física real sino una densidad de probabilidad: lo que se comporta como una onda en una partícula (en realidad el módulo de su amplitud al cuadrado) es la probabilidad de encontrarla en una determinada posición cuando hacemos una observación/medición.
En otras palabras, en el mundo cuántico una partícula no tiene una posición o trayectoria definida hasta que alguien mira dónde está, momento en el cual la función de onda que porta la información sobre la probabilidad de encontrarla en cada punto colapsa, haciendo que aparezca en una cierta posición aleatoria.
Esta nueva realidad cuántica, tan incómoda como fascinante, resolvió por fin la cuestión ondulatoria de la luz, pero a costa de introducir el antirrealismo y el indeterminismo en el mundo en que vivimos. Por esto los físicos odiamos y a la vez amamos la mecánica cuántica. Y porque trajo consigo la mayor cuestión epistemológica de nuestro tiempo, El Problema de la Medida: ¿qué significa que alguien mire? ¿cómo sabe la partícula que estamos mirando?
* La pregunta que surge entonces es: ¿cómo puede pasar un electrón de una órbita permitida a otra sin pasar entre medias por una zona no permitida?
Imágenes: wikipedia.org / schoolphysics.co.uk
Autor
Director Artesolar Daylighting
Físico e Ingeniero en Electrónica. WELL AP.
Profesional desde 2003 en soluciones de aprovechamiento de la energía del Sol con sistemas térmicos, fotovoltaicos y de iluminación natural.
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