Tema 30
Teoría Cuántica. Problemas Precursores. Límites de la Física clásica para resolverlos. Fenómenos
que corroboran la teoría cuántica.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Teoría Cuántica.................................................................................................................. 2
2. Problemas precursores de la Teoría Cuántica ................................................................... 3
2.1. Radiación del Cuerpo Negro...................................................................................... 3
2.1.1. Ley de Rayleigh-Jeans ........................................................................................ 4
2.2. Efecto Fotoeléctrico .................................................................................................. 5
2.3. Espectros atómicos ................................................................................................... 5
3. Límites de la física para resolverlos................................................................................... 6
3.1. Radiación del cuerpo negro y la hipótesis de Planck ................................................ 6
3.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein ................................................... 7
3.3. Espectros atómicos y el átomo de Bohr .................................................................... 8
3.3.1. Teoría Atómica .................................................................................................. 8
3.4. Modelo de Bohr......................................................................................................... 8
3.4.1. Interpretación del espectro de hidrógeno ........................................................ 9
4. Fenómenos que corroboran la teoría cuántica ............................................................... 10
4.1. Efecto Compton....................................................................................................... 10
4.2. Modelo Mecánico Cuántico .................................................................................... 11
4.2.1. Dualidad Onda-Corpúsculo ............................................................................. 11
4.2.2. Principio de Incertidumbre.............................................................................. 11
4.3. Ecuación de Schrödinger y Dirac ............................................................................. 11
4.4. Otros fenómenos que corroboran la teoría cuántica ............................................. 12
III. Conclusión ....................................................................................................................... 13
, I. Introducción
A finales del siglo XIX, la Física era un campo del conocimiento bien asentado sobre
pilares sólidos como eran la Mecánica Newtoniana, la teoría cinética y la teoría electromagnética
de Maxwell, las cuales constituían la llamada Física Clásica. Sin embargo, a principios del siglo
XX, aparecerían fenómenos los cuales no podían ser explicados de forma plausible por la Física
Clásica, apareciendo entonces dos teorías imprescindibles hoy en día para comprender la Física
Moderna: la Teoría de la Relatividad y la Teoría Cuántica.
Si bien la teoría relativista explica los fenómenos donde aparece la velocidad de la luz,
la teoría cuántica sirve para explicar los fenómenos que no logra explicar la teoría clásica. En
este sentido, se llegan a dar incluso resultados contradictorios entre los datos experimentales y
los teóricos, tales como la radiación del cuerpo negro, o los espectros de absorción de los átomos
en estado gaseoso.
A continuación, se va a presentar algunos fenómenos imprescindibles para conocer la
importancia de la Física Cuántica a la hora del desarrollo tanto de la Física que se conoce hoy en
día, como sus aplicaciones que pueden ayudar a la humanidad en un futuro no tan lejano.
II. Desarrollo
1. Teoría Cuántica
Todos los fenómenos relacionados con la interacción de luz con luz, como el caso de las
interferencias y la difracción, así como la polarización, pueden ser descritos por la teoría
electromagnética de Maxwell. Sin embargo, cuando se quiere estudiar la interacción de la luz
con la materia, como emisión, absorción y dispersión de luz por la materia, se presentan
dificultades con la teoría ondulatoria, llegando a darse resultados contradictorios entre la teoría
clásica y los datos experimentales.
El primer caso de este tipo se encontró al intentar explicar la distribución de energía en
el espectro de un cuerpo calentado a alta temperatura (radiación del cuerpo negro).
Posteriormente, se hicieron patentes otros “errores” de la teoría clásica al intentar explicar
fenómenos de emisión y absorción de luz en el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton. Estos
son solo algunos ejemplos de situaciones en la que la teoría clásica no es válida.
Con la llegada de la Mecánica Cuántica en la primera parte del siglo XX, se produciría
una revolución en la Física, ya que este nuevo enfoque puede explicar el comportamiento de los
átomos, moléculas y núcleos. Además, se puede aplicar a fenómenos macroscópicos, aunque en
estos casos las desviaciones de la Física Clásica son despreciables. Al igual que ocurre con la
Física Relativista, la Física Cuántica debe ir acompañada de una modificación de las ideas previas
relacionadas con el mundo físico.
Los conceptos básicos serían introducidos originariamente por Max Planck, pero los
progresos matemáticos y las interpretaciones posteriores a la luz de estas ideas cuánticas se
debieron a la aportación de un gran número de Físicos como Einstein, Bohr, Schrödinger,
Heisenberg o Born.
Teoría Cuántica. Problemas Precursores. Límites de la Física clásica para resolverlos. Fenómenos
que corroboran la teoría cuántica.
Índice
I. Introducción .......................................................................................................................... 2
II. Desarrollo .............................................................................................................................. 2
1. Teoría Cuántica.................................................................................................................. 2
2. Problemas precursores de la Teoría Cuántica ................................................................... 3
2.1. Radiación del Cuerpo Negro...................................................................................... 3
2.1.1. Ley de Rayleigh-Jeans ........................................................................................ 4
2.2. Efecto Fotoeléctrico .................................................................................................. 5
2.3. Espectros atómicos ................................................................................................... 5
3. Límites de la física para resolverlos................................................................................... 6
3.1. Radiación del cuerpo negro y la hipótesis de Planck ................................................ 6
3.2. El efecto fotoeléctrico y la explicación de Einstein ................................................... 7
3.3. Espectros atómicos y el átomo de Bohr .................................................................... 8
3.3.1. Teoría Atómica .................................................................................................. 8
3.4. Modelo de Bohr......................................................................................................... 8
3.4.1. Interpretación del espectro de hidrógeno ........................................................ 9
4. Fenómenos que corroboran la teoría cuántica ............................................................... 10
4.1. Efecto Compton....................................................................................................... 10
4.2. Modelo Mecánico Cuántico .................................................................................... 11
4.2.1. Dualidad Onda-Corpúsculo ............................................................................. 11
4.2.2. Principio de Incertidumbre.............................................................................. 11
4.3. Ecuación de Schrödinger y Dirac ............................................................................. 11
4.4. Otros fenómenos que corroboran la teoría cuántica ............................................. 12
III. Conclusión ....................................................................................................................... 13
, I. Introducción
A finales del siglo XIX, la Física era un campo del conocimiento bien asentado sobre
pilares sólidos como eran la Mecánica Newtoniana, la teoría cinética y la teoría electromagnética
de Maxwell, las cuales constituían la llamada Física Clásica. Sin embargo, a principios del siglo
XX, aparecerían fenómenos los cuales no podían ser explicados de forma plausible por la Física
Clásica, apareciendo entonces dos teorías imprescindibles hoy en día para comprender la Física
Moderna: la Teoría de la Relatividad y la Teoría Cuántica.
Si bien la teoría relativista explica los fenómenos donde aparece la velocidad de la luz,
la teoría cuántica sirve para explicar los fenómenos que no logra explicar la teoría clásica. En
este sentido, se llegan a dar incluso resultados contradictorios entre los datos experimentales y
los teóricos, tales como la radiación del cuerpo negro, o los espectros de absorción de los átomos
en estado gaseoso.
A continuación, se va a presentar algunos fenómenos imprescindibles para conocer la
importancia de la Física Cuántica a la hora del desarrollo tanto de la Física que se conoce hoy en
día, como sus aplicaciones que pueden ayudar a la humanidad en un futuro no tan lejano.
II. Desarrollo
1. Teoría Cuántica
Todos los fenómenos relacionados con la interacción de luz con luz, como el caso de las
interferencias y la difracción, así como la polarización, pueden ser descritos por la teoría
electromagnética de Maxwell. Sin embargo, cuando se quiere estudiar la interacción de la luz
con la materia, como emisión, absorción y dispersión de luz por la materia, se presentan
dificultades con la teoría ondulatoria, llegando a darse resultados contradictorios entre la teoría
clásica y los datos experimentales.
El primer caso de este tipo se encontró al intentar explicar la distribución de energía en
el espectro de un cuerpo calentado a alta temperatura (radiación del cuerpo negro).
Posteriormente, se hicieron patentes otros “errores” de la teoría clásica al intentar explicar
fenómenos de emisión y absorción de luz en el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton. Estos
son solo algunos ejemplos de situaciones en la que la teoría clásica no es válida.
Con la llegada de la Mecánica Cuántica en la primera parte del siglo XX, se produciría
una revolución en la Física, ya que este nuevo enfoque puede explicar el comportamiento de los
átomos, moléculas y núcleos. Además, se puede aplicar a fenómenos macroscópicos, aunque en
estos casos las desviaciones de la Física Clásica son despreciables. Al igual que ocurre con la
Física Relativista, la Física Cuántica debe ir acompañada de una modificación de las ideas previas
relacionadas con el mundo físico.
Los conceptos básicos serían introducidos originariamente por Max Planck, pero los
progresos matemáticos y las interpretaciones posteriores a la luz de estas ideas cuánticas se
debieron a la aportación de un gran número de Físicos como Einstein, Bohr, Schrödinger,
Heisenberg o Born.
