{"id":37943,"date":"2006-08-21T06:14:00","date_gmt":"2006-08-21T06:14:00","guid":{"rendered":"http:\/\/weblogs.madrimasd.org\/\/medioambiente\/archive\/2006\/08\/21\/37943.aspx"},"modified":"2006-08-21T06:14:00","modified_gmt":"2006-08-21T06:14:00","slug":"la-ciencia-%e2%80%93-2-10","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/medioambiente\/2006\/08\/21\/37943","title":{"rendered":"La ciencia \u2013 2.10"},"content":{"rendered":"

\u00bfSe han preguntado ustedes a veces de qu\u00e9 estamos hechos? \u00bfCuales son nuestros bloques Lego, nuestros ladrillos, el cemento que los une? <\/o:p><\/span><\/p>\n

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\u201c\u00a1Por Tutatis!. Lo sabemos perfectamente\u201d. Estamos hechos de \u00e1tomos que a su vez est\u00e1n formados por neutrones, protones y electrones, y que a su vez se enlazan entre s\u00ed formando toda clase de mol\u00e9culas, sencillas o complejas.<\/o:p><\/span> <\/div>\n

Pero \u00bfqu\u00e9 es un \u00e1tomo? Recuerden ustedes aquella an\u00e9cdota del fot\u00f3grafo de prensa que tras la primera explosi\u00f3n at\u00f3mica se acerc\u00f3 a Oppenheimer sugiriendole tres fotograf\u00edas: La primera poniendo un \u00e1tomo en la mesa de experimentos, la segunda, viendo como se part\u00eda en trocitos y la tercera, mirando los  <\/span>trocitos. <\/o:p><\/span><\/p>\n

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Mis manos se mueven sobre el teclado cuando escribo \u00e9sto. Puedo ver y sentir las convoluciones en la piel que forman las huellas dactilares. \u00bfPuedo imaginar que en cada una de esas lineas de piel de mis dedos hay 10\u00b2\u00b3 \u00e1tomos?  <\/span>\u00bfPodemos contar 10\u00b2\u00b3 objetos?<\/o:p><\/span><\/p>\n

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Hablamos de ellos aunque es dif\u00edcil asumirlos como objetos familiares. <\/o:p><\/span><\/p>\n

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Pero veamos c\u00f3mo funcionan, si podemos. En primer lugar los \u00e1tomos tienen n\u00facleos razonablemente masivos rodeados por electrones muy ligeros. \u00bfQu\u00e9 quiere decir \u00e9sto?  <\/span>Lo m\u00e1s sencillo es pensar que los n\u00facleos se mueven muy lentamente, como elefantes marinos en una playa rodeados de mosquitos que vuelan a muy alta velocidad a su alrededor. <\/o:p><\/span><\/p>\n

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 <\/o:p>La ciencia que trata de describir estos vuelos de los electrones se etiqueta como mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, y en la mayor\u00eda de los tratados se insiste en que es algo muy raro y distinto de la naturaleza ordinaria que nos rodea. <\/o:p><\/span><\/p>\n

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\u00bfEs esto as\u00ed? <\/o:p><\/span><\/p>\n

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Lo m\u00e1s com\u00fan, cuando se habla de mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, es mencionar el \u201cPrincipio de Incertidumbre de Heisemberg\u201d, en may\u00fasculas y con una inmnsa reverencia.  <\/span>El principio de incertidumbre es, sin embargo, algo muy sencillo. Se supone que destruy\u00f3 nuestra confianza en saber c\u00f3mo se mueven las cosas, porque lo que dice es que, de un electr\u00f3n movi\u00e9ndose a muy alta velocidad, no podemos saber con precisi\u00f3n infinita al mismo tiempo su velocidad y su posici\u00f3n. \u00bfEs esto tan raro? En primer lugar la precisi\u00f3n de nuestras medidas no es nunca, ni siquiera en teor\u00eda, infinita. En segundo lugar, miremos un coche a alta velocidad en una autov\u00eda. Cuando pasa por un cierto punto de la misma tiene una velocidad de 40 m\/s. Pero \u00bfC\u00faando pasa por ese punto? \u00bfCuando pasa el cap\u00f3 del coche? \u00bfO la parte delantera del radiador? \u00bfO el escudo de la marca? O la parte delamtera de ese escudo? \u00bfO los primeras micras de esa parte delantera?  <\/span>Es dif\u00edcil, \u00bfverdad? <\/o:p><\/span><\/p>\n

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Y \u00bfUn electr\u00f3n? \u00bfC\u00faando pasa por un punto? \u00bfC\u00f3mo podemos \u201cverlo\u201d? \u00bfC\u00f3mo vemos la cara de nuestro beb\u00e9 en una noche obscura, en la que se ha ido la luz de toda la ciudad, hay nubes espesas y la luna es nueva? La \u00fanica forma es lanzar un rayo de luz que  <\/span>salga de una linterna que tengamos a mano. Lanzar un rayo de luz es hacer caer radiaci\u00f3n  <\/span>electromagn\u00e9tica sobre el objeto. Los \u00e1tomos de la cara del beb\u00e9 reciben la radiaci\u00f3n, absorben la energ\u00eda y la devuelven de maneras distintas y con distintas frecuencias, de forma que vemos las mejillas blancas, los labios rojos, los ojos azules y las cejas rubias, por ejemplo.   <\/span>Imaginemos que enviamos  <\/span>energ\u00eda electromagn\u00e9tica para que caiga sobre un electr\u00f3n. Si la frecuencia de la radiaci\u00f3n es muy baja, las ondas son muy anchas, mucho mayores que el electr\u00f3n. \u00bfEn que parte de la onda est\u00e1 el electr\u00f3n? Si la frecuencia de la radiaci\u00f3n es muy elevada para que las ondas sean muy estrechas y den o no den al electr\u00f3n, entonces la energ\u00eda de esas ondas es muy alta, de manera que si coinciden con el electr\u00f3n le comunican mucha energ\u00eda, es decir, le cambian su posici\u00f3n. Por lo tanto es -esencialmente- imposible saber en cualquier instante donde est\u00e1 exactamente un electr\u00f3n. Por otro lado, si hacemos pasar al electr\u00f3n por un campo magn\u00e9tico y detectamos su paso, el electr\u00f3n cambia su velocidad al entrar en ese campo. Si conseguimos tener una idea de donde puede estar un electr\u00f3n, dejamos de tener informaci\u00f3n exacta de su velocidad. <\/o:p><\/span><\/p>\n

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Las frases al uso en los libros de mec\u00e1nica cu\u00e1ntica indican que la diferencia estriba en que en \u00e9sta la determinaci\u00f3n simult\u00e1nea de la posici\u00f3n y la velocidad de un electr\u00f3n es imposible en principio, mientras que si lo es en la mec\u00e1nica cl\u00e1sica. Pero, \u00bfEse principio de la mec\u00e1nica cl\u00e1sica es correcto? \u00bfEs posible determinar la velocidad y la posici\u00f3n de un automovil con precisi\u00f3n infinita? \u00bfO son mec\u00e1nica cl\u00e1sica y mec\u00e1nica cu\u00e1ntica ambas solamente aproximaciones a la realidad? <\/o:p><\/span><\/p>\n

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Imaginemos que lanzamos un electr\u00f3n a trav\u00e9s de una rejilla, por ejempo, a trav\u00e9s de una pantalla en la que hemos hecho algunos agujeros muy peque\u00f1os. Al pasar el electr\u00f3n por esos agujeros interacciona con los campos el\u00e9ctricos de  <\/span>los electrones y los protones de la pantalla. Cuando el electr\u00f3n cae sobre otra pantalla posterior deja en ella una manchita. Si lanzamos muchos electrones uno detr\u00e1s de otro, bien separados en el tiempo, y dejamos que estos electrones pasen por la primera pantalla observamos un hecho curioso. Cuando hay un solo agujero abierto, los electrones caen sobre la segunda pantalla alrededor de un \u00fanico punto. Pero cuando hay dos agujeros abiertos los electrones, que pasan uno a uno por la primera pantalla, caen sobre la segunda alrededor de dos puntos. Esto mismo ocurre  <\/span>cuando hacemos pasar ondas de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica por dos rendijas en una pantalla.  <\/span>Es razonable pensar que los electrones se comportan como las ondas em. Pero tambi\u00e9n es razonable pensar en las interacciones entre los electrones que viajan y los electrones de la primera pantalla. La soluci\u00f3n m\u00e1s inmediata es la primera: Decidir que los electrones son ondas que pueden interferir entre s\u00ed. Es la m\u00e1s inmediata. <\/o:p><\/span><\/p>\n

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\u00bfEs la correcta? Fresnel y Arago propusieron el \u00e9ter en 1818. La teor\u00eda del \u00e9ter, que impidi\u00f3 el desarrollo de la f\u00edsica durante 87 a\u00f1os era la m\u00e1s evidente para explicar la propagaci\u00f3n de la luz. \u00bfEra la correcta? <\/o:p><\/span><\/p>\n

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Cuando un rayo de luz incide sobre una hoja de ciertos metales se detecta una corriente de electrones que deben salir de las \u00f3rbitas at\u00f3micas (este es el fundamento de las celdas solares). Dependiendo del metal se precisa una luz de un color o de otro. Supongamos que elegimos un metal que desprende electrones cuando recibe luz azul. Podemos enviarle megawatios de luz roja, que no desprender\u00e1 electrones, mientras que unos miliwatios de luz azul si los desprenden. Einstein propuso que la luz estaba cuantizada y que los electrones se desprend\u00edan cuando los fotones chocaban con ellos. Pero el fen\u00f3meno puede interpretarse como un problema de resonancia, de funciones propias de un sistema oscilante. Solo si los empujones a un columpio tienen la frecuencia adecuada  <\/span>puede este columpio alcanzar la amplitud m\u00e1xima. Cuando el viento soplaba  <\/span>con la velocidad adecuada para generar una frecuencia de generaci\u00f3n de v\u00f3rtices correcta, se parti\u00f3 el puente de Tacoma. \u00bfSalen los electrones de sus \u00f3rbitas solo cuando los hacemos resonar  <\/span>con la frecuencia adecuada? La radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica \u00bfEs un conjunto de fotones o son ondas?  <\/span>Si son fotones, \u00bfcomo es un fot\u00f3n de una onda de la radio pesquera cuya longitud es de varios kil\u00f3metros? <\/o:p><\/span> <\/div>\n

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Los electrones se ven atraidos por los protones de los n\u00facleos, y giran en torno a ellos en \u00f3rbitas ca\u00f3ticas o aleatorias. Cuando, por ejemplo, en el hidr\u00f3geno hacemos saltar a un electr\u00f3n de la primera \u00f3rbita a otra cualquiera de las exteriores, vuelve al poco tiempo a la \u00f3rbita m\u00e1s baja, m\u00e1s cercana al prot\u00f3n. Pero de ah\u00ed no pasa. La ecuaci\u00f3n Schroedinger describe este hecho, y solo tiene soluciones para electrones que no caen al n\u00facleo. Pero \u00bfpor qu\u00e9 no caen? La ecuaci\u00f3n de Schroedinger no responde a esta pregunta. Podr\u00edamos dise\u00f1ar otras ecuaciones en las cuales los electrones pudiesen caer al n\u00facleo. \u00bfPor que la ecuaci\u00f3n correcta es la de Schroedinger y no a alguna de otras muchas posibles? \u00bfC\u00f3mo explicar la estabilidad de la primera \u00f3rbita del \u00e1tomo?<\/o:p><\/span><\/p>\n

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<\/o:p>Cuando dos electrones estan cerca uno del otro, sus trayectorias se organizan de forma que los electrones giren en sentidos opuestos, y solo opuestos. Decimos que los electrones adquieren spines +1\/2 y -1\/2. \u00bfPor qu\u00e9 no pueden tener los electrones spines 1\/3, 2\/3, etc? <\/o:p><\/span><\/p>\n

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La teor\u00eda cu\u00e1ntica funciona razonablemente bien  <\/span>como paradigma de c\u00e1lculo de los procesos de dimensiones at\u00f3micas, aunque los c\u00e1lculos exigen tantas aproximaciones de caracter semi-cl\u00e1sico que a veces uno llega a preguntarse si ese esquema perfecto de c\u00e1lculo es tan perfecto. Pero aun asi no deja de ser un esquema de c\u00e1lculo. Las preguntas b\u00e1sicas siguen sin ser contestadas al cabo de 80 a\u00f1os de teor\u00eda. <\/o:p><\/span><\/p>\n

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\u00bfNos seguimos haciendo preguntas?  <\/span>\u00bfSeguimos haciendo ciencia o nos limitamos a calcular? <\/o:p><\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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