Introducción:
Como es sabido, la mecánica cuántica tiene varios postulados contra intuitivos que retan el intelecto de los físicos y del mundo intelectual en general; lo que hace que muchos físicos de renombre, incluido Einstein, no aceptaron – y algunos hasta hoy día – arguyendo que tal teoría, expuesta por primera vez por Max Planck, en 1900 – no era la solución para los supinos comportamientos de las partículas y subpartículas atómicas.
El autor del presente artículo – en idioma inglés y que se publica a continuación de su presente versión en español - trata brillantemente de imbuirnos la idea de que sin la mecánica cuántica “estaríamos en el Infierno” con lo que quiere decirnos acerca de la importancia fundamental de esta teoría para comprender muchos fenómenos de la física y sus aplicaciones modernas. GRM.
Sigue la versión traducida al español, del artículo aparecido en QUORA, del Internet:
Como físico – la próxima tarea fue trabajar en ¿cuánto más está resplandeciendo – y a qué frecuencia? ¿Cómo esto cambia la temperatura?
Entonces, Rayleigh y Jeans descubrieron una ley que decía que la radiación spectral (la cantidad de luz emitida a cada longitud de de onda) de un objeto, está dada por la fórmula:
Donde λ es la longitud de onda de la luz.(Los significados las otras letras, aparecen líneas abajo)
Ahora – tal como concierne a la física clásica, la fórmula es una respuesta absolutamente correcta derivada.
Pero.
¿Qué pasa cuando λ se achica?
FIGURA No. I: Eje Vertical: INTENSIDAD Eje Horizontal: LONGIRUD DE ONDA
¡M … ércoles!
¿Ah sí? – la teoría predice que la intensidad se va hacia el infinito, a medida que λ se torna cada vez más pequeña, acercándose a cero. (la línea de color purpura en la FIGURA No. I)
Eso implicaría que cada uno de los objetos, en el universo, estaría arrojando constantemente mortíferos rayos X a todas partes – todo el tiempo.
Eso no es lo que sucede.
El espectro observado (experimentalmente) en la línea verde – va hacia arriba desde cero, alcanza un pico, y luego va hacia abajo - ¡En ningún punto se dispara hacia el infinito y baña al universo con radiaciones mortíferas!
Este problema dejó perpleja a mucha gente durante largo tiempo – tuvo incluso un nombre supino: “La Catástrofe Ultravioleta”
Para contornar este problema, Max Planck postuló que la luz viene a ser “atados” discretos - o quanta (cuanta) - los cuales tienen energías E proporcionales a sus frecuencias:
Recordemos que:
Por medio de matemáticas complicadas (la física estadística es el modo más fácil de comprobar esto) se agregó, lo que sigue, a la ley del postulado de Planck:
Lo cual predice, con toda precisión, las correctas intensidades observadas experimentalmente:
Significados de las letras de la ecuación precedente:
Bλ(T) : Energía irradiada por un cuerpo negro.
T : Temperatura absoluta.
Kb : Constante de Boltzmann.
λ : Frecuencia de la onda de radiación.
c : Velocidad de la luz.
v : Longitud de de onda.
FIGURA No. II: Eje Vertical: RADIACIÓN EXPECTRAL Eje Horizontal: LONGITUD DE ONDA
Entonces, es eso el por qué se necesita a la mecánica cuántica– porque nuestra descripción de la naturaleza no funciona sin ella.
Créanme – si los físicos supiesen, de un modo decente y convincente, eliminar las “extrañas” restricciones que la mecánica cuántica nos sugiere, entonces nosotros seguro que estaríamos en el infierno.
Pero nadie ha encontrado otra teoría mejor en 100 años – sólo se ha añadido mejores y mejores refinamientos a nuestra vieja teoría.
Se necesita de la macánica cuántica PORQUE EL UNIVERSO PARECE COMPORTARCE SEGÚN UNA MODA CUÁNTICA - tan simple como eso.
Lo que sigue es su versión en inglés:
Article No. 5.2.- WHY DID MAX PLANCK DISCOVER THE QUANTUM MECHANICS?
Introduction:
As it is well known that the theory of Quantum Mechanics has some counterintuitive postulates that challenges the intellect of physicists as well as of the intellectual world in general; which makes that several well-known physicists, included Eistein, didn’t accept it – some of them till nowadays – arguing that such theory, exposed by first time by Max Planck, in 1900 - wasn’t the solution to atomic and subatomic particles’ supine behaviors.
The author of this article treats wonderfully to teach us the idea that without the Quantum Mechanic’s “we would be in the hell” meaning about the fundamental importance of this theory to understand several phenomena related to the modern physics and its applications. GRM.
The main article follows:
(Source: QUORA, from Internet)
As physicists - the next job was to work out how much it is glowing - and at what frequencies? How does this change with temperature?
So, Rayleigh and Jeans came up with a law which said that the spectral radiance (the amount of light emitted at each wavelength) of an object is given by:
Where λ is the wavelength of the light.
Now - as far as classical physics is concerned, this is absolutely the correct answer to have derived.
But.
What happens when λ gets small?
Bugger.
Yeah - the theory predicts that the intensity goes off to infinity, as the wavelength goes to zero (the purple/blue line on the diagram).
That would imply that every single object in the universe was constantly spewing deadly X-rays everywhere - all of the time.
This isn’t what happens.
The observed spectrum is the green line - it goes up from zero, peaks, and goes back down. At no point does it shoot off to infinity and bathe the universe with deadly radiation!
This problem stumped a lot of people for a long time - it even had a badass name: “the Ultraviolet Catastrophe”.
To get around this problem, Max Planck postulated that light came in discrete “bundles” - or “quanta”, which had energy E proportional to their frequency:
Since:
For a bunch of complicated maths reasons (statistical physics is the easiest way to prove this), this added postulate leads to Planck’s law:
Where:
Bλ(T) : Energy radiated by a hot black body.
T : Absoute temperature.
Kb : Boltzmann’s constant
λ : Radiated frequency.
c : Light velocity.
v : Wave length.
Which does accurately predict the correct (expermental) intensities observed:
FIGURE No. II: X axis: Spectral Radiance, Y axis: Wave length.
So, that’s why you need it - because our description of nature doesn’t work without it.
Trust me - if physics knew of a decent way to do away with the restrictions that quantum mechanics places on us, then we sure as hell would.
But nobody has found a better theory in 100 years - they just find better and better refinements of our old one.
Quantum mechanics is needed BECAUSE THE UNIVERSE APPEARS TO BEHAVE IN QUANTUM FASHION - as simple as that.
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