Mecànica quàntica
De Viquipèdia
La mecànica quàntica coneguda també com mecànica ondulatòria i com física quàntica, és la branca de la física que estudia el comportament de la llum i de la matèria a escala atòmica i subatòmica. Els seus principis bàsics s'apliquen a molts dels camps de la física i la química actuals, com per exemple, la física de partícules, la física nuclear, la física de la matèria condensada, la física atòmica i molecular, la computació quàntica, l'òptica quàntica, la química quàntica i la química computacional. Juntament amb la relativitat general, la mecànica quàntica és un dels pilars de la física moderna. A escala macroscòpica, les lleis de la mecànica clàssica s'aproximen a les de la mecànica quàntica. Va sorgir a principis del segle XX per tal d'explicar diversos resultats experimentals de fenòmens d'origen microscòpic que no es podien entendre amb la física clàssica.
Taula de continguts |
[edita] Petita introducció històrica
Abans de 1900, tots els fenòmens s'intentaven explicar mitjançant la física clàssica (newtoniana). Hi havia, però, alguns fenòmens que no tenien explicació dins del context clàssic: l'observació experimental d'espectres format per ratlles monocromàtiques, la radiació del cos negre, l'efecte fotoelèctric, etc.
[edita] Quantificació de l'energia
En 1900, Max Planck realitza una hipòtesi fonamental en la història de la ciència i que, a la vegada, suposa el naixement de la física quàntica. Aquesta hipòtesi és la quantificació de l'energia. Segons Planck, l'energia no és una magnitud contínua, sinó discreta; la qual només pot agafar uns determinats valors, que estan fixats i són invariables, múltiples d'un valor anomenat quàntum de llum, o fotó. Posteriorment, es va descobrir que altres magnituds físiques com la càrrega elèctrica, la massa, el moment angular, etc. també estan quantificades.
Amb la seva hipòtesi, Max Planck, va poder explicar la radiació del cos negre.
[edita] Efecte fotoelèctric
Albert Einstein, emprant també la hipòtesi de Planck, va explicar l'efecte fotoelèctric.
Aquesta hipòtesi fou emesa, també, per Albert Einstein que rebé el premi Nobel per les seves interpretacions de l'efecte fotoelèctric, primer signe tangible de l'existència dels fotons.
Aquesta relació que expressa la quantificació de l'energia s'escriu així:
- E = hυ
on
- h és la constant de Planck o quàntum d'acció (6,62·10-34J.s)
- E és l'energia de la radiació (emesa o absorbida)
- υ (lletra grega, pronunciada nu) es la freqüència de la radiació emesa o absorbida.
Aquesta relació expressa que hi ha una relació directa i universal entre la freqüència de la radiació electromagnètica, i les variacions d'energia que produeix: aquestes dues quantitats són simplement proporcionals.
[edita] Dualitat ona-partícula
Un altre dels conceptes fonamentals és la idea de la dualitat ona-partícula, idea proposada per primera vegada pel Príncep Louis De Broglie, i que resolgué un altre problema aparegut en aquella època, el dels nivells d'energia dels àtoms, que eren discrets, i no continus com proposava la física clàssica. Aquesta hipòtesi es basa en la idea de suposar que tota partícula (matèria) es pot interpretar en termes d'una ona. Així, en lloc de descriure la velocitat i la posició de la partícula a "l'estil clàssic", parlam de funció d'ona. Mitjançant la funció d'ona, la qual l'hem d'interpretar com a una eina matemàtica, podem obtenir informació sobre el sistema físic que estudiam.
L'obtenció de la funció d'ona passa, inevitablement, per la resolució de l'anomenada equació d'ona. L'equació d'ona més senzilla, que no té en compte efectes relativistes, va ser proposada per Erwin Schrödinger el 1926. El mateix any, Paul Dirac en va proposar una que sí considerava els efectes relativistes.
[edita] Principi d'incertesa de Heisenberg
El tercer pilar fonamental de la física quàntica el trobam en el principi d'incertesa de Heisenberg que diu que és impossible mesurar simultàniament i amb absoluta precisió la posició i el moment lineal d'una mateixa partícula. Com més precís sigui el nostre coneixement d'una d'aquestes magnituds, més incertesa tindrem sobre el valor de l'altra. Només podem parlar de "probabilitats". Aquesta incertesa també s'aplica a altres magnituds físiques com ara l'energia i el temps.
Per tant, per a resumir, la física quàntica estudia fenòmens microscòpics on les partícules són tractades com a ones, les magnituds físiques de les quals a més d'estar quantificades presenten una certa incertesa en la seva mesura i poden no ser mesurables simultàniament.
Un gran èxit de la mecànica quàntica fou resoldre la paradoxa de Gibbs.
Algunes constants de la física quàntica: G, c, ħ, kB, Γ, ε0.
[edita] Bibliografia complementària
- Nivell general
- Feynman, Richard P.. QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press, 1985. Quatre lliçons elementals d'electrodinàmica quàntica i la teoria quàntica de camps, però amb molts detalls pels experts.
- Victor Stenger, 2000. Timeless Reality: Symmetry, Simplicity, and Multiple Universes. Buffalo (Nova York): Prometheus Books. Inclou nocions cosmològiques i filosòfiques.
- Marvin Chester, 1987. Primer of Quantum Mechanics. John Wiley. ISBN 0-486-42878-8
- Nivell més tècnic
- Bryce DeWitt, R. Neill Graham, eds., 1973. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, Princeton Series in Physics, Princeton University Press. ISBN 0-691-08131-X
- Dirac, P. A. M.. The Principles of Quantum Mechanics, 1930. Els primers capítols ofereixen una introducció molt clara i comprensible.
- Hugh Everett, 1957, "Relative State Formulation of Quantum Mechanics," Reviews of Modern Physics 29: 454-62.
- The Feynman Lectures on Physics. Addison-Wesley, 1965.
- Griffiths, David J.. Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall, 2004. ISBN 0-13-111892-7. OCLC 40251748. Un text estàndard de nivell universitari.
- Max Jammer, 1966. The Conceptual Development of Quantum Mechanics. McGraw Hill.
- Hagen Kleinert, 2004. Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets, 3a ed. Singapur: World Scientific. Esborrany de la quarta edició.
- Gunther Ludwig, 1968. Wave Mechanics. Londres: Pergamon Press. ISBN 0-08-203204-1
- George Mackey (2004). The mathematical foundations of quantum mechanics. Dover Publications. ISBN 0-486-43517-2.
- Albert Messiah, 1966. Quantum Mechanics (Vol. I). North Holland, John Wiley & Sons. Cf. chpt. IV, section III.
- Omnès, Roland. Understanding Quantum Mechanics. Princeton University Press, 1999. ISBN 0-691-00435-8. OCLC 39849482.
- Scerri, Eric R., 2006. The Periodic Table: Its Story and Its Significance. Oxford University Press. Considera el grau en què la química i el sistema periòdic han quedat reduïts a la mecànica quàntica. ISBN 0-19-530573-6
- Transnational College of Lex. What is Quantum Mechanics? A Physics Adventure. Language Research Foundation, Boston, 1996. ISBN 0-9643504-1-6. OCLC 34661512.
- von Neumann, John. Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton University Press, 1955.
- Hermann Weyl, 1950. The Theory of Groups and Quantum Mechanics, Dover Publications.
[edita] Vegeu també
[edita] Enllaços externs
- (castellà)Terradas i la teoria quàntica
- (català)Alguns exemples senzills
|
|||||
