El rincón de la Ciencia I.S.S.N.: 1579-1149

nº 29 (enero-2005)

El nacimiento de una nueva física (RC-78)
J. A. Montiel Tosso  IES Antonio Galán Acosta (Montoro, Córdoba)

 

7. ¿Cuáles son los fundamentos del modelo atómico actual?

El edificio de la nueva mecánica se basa en tres pilares: la teoría de Planck, ya comentada, y en otros dos principios fundamentales, la dualidad onda-corpúsculo y el principio de incertidumbre.

La hipótesis de la dualidad onda-partícula se debe a Louis De Broglie, quien en 1924 la enunció así: cualquier partícula de masa m y velocidad v lleva asociada en su movimiento una onda, cuya longitud de onda (8) se calcula mediante la expresión:

Esta idea supone que los electrones se pueden comportar en determinados experimentos como si fuesen ondas, igual que la luz se manifiesta a veces como si tuviese una naturaleza corpuscular. Pocos años después, Davisson y Germer demostraron la naturaleza ondulatoria de los electrones al realizar experimentos de reflexión similares a los rayos X. También Thomson realizó experiencias de difracción con electrones, un fenómeno típicamente ondulatorio. De hecho, una prueba palpable de la naturaleza ondulatoria del electrón la constituye el microscopio electrónico, que "ilumina" a los "objetos" con electrones, de modo que podemos alcanzar muchos más aumentos que con el microscopio óptico.

¿Significa esto que todos los cuerpos tienen un carácter ondulatorio? ¿Nosotros también? Vamos por partes. La hipótesis sólo se confirma experimentalmente en el mundo subatómico. No obstante, su validez no puede ser rechazada en el mundo de los objetos "visibles". Ni la luz ni la materia son lo que parecen. Ambas comparten las mismas características, es decir, tienen la misma naturaleza. En cada circunstancia predomina o se manifiesta una de las dos. En el mundo macroscópico las distinguimos con claridad. Por el contrario, en el mundo subatómico este doble comportamiento se alterna dependiendo del fenómeno estudiado. Sin embargo, nunca se observan los dos al mismo tiempo, como afirma el principio de complementariedad enunciado por Böhr.

En todo caso, si realizamos los cálculos oportunos para hallar la longitud de la onda asociada al movimiento de una pelota de tenis, por ejemplo, se obtiene un resultado tan pequeño que es imposible siquiera intentar su detección. No podemos negar la existencia de estas ondas asociadas a los objetos macroscópicos, simplemente se nos permite decir que son "indetectables".

Sin embargo, cuando intentamos profundizar demasiado en esta idea nos parece cada vez más misteriosa. La luz comportándose como los electrones y éstos como las ondas luminosas... resulta increíble. No obstante, la hipótesis de De Broglie, junto con la Teoría de Planck, son dos pilares fundamentales sobre los que se ha edificado el sorprendente edificio de la física actual. Y como todo banco tiene como mínimo tres patas, diremos que la tercera la forma el Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

Esta doble naturaleza del electrón llevó a Heisenberg a enunciar en 1927 su Principio de Incertidumbre: Es imposible conocer simultáneamente y con exactitud el momento lineal (o cantidad de movimiento) y la posición de una partícula. Estableció incluso una fórmula que relaciona la indeterminación en la medida de la cantidad de movimiento ()p) y de la posicin ()x):

As, por ejemplo, cuando queremos ver el lugar donde se halla un electrón es necesario "iluminarlo" directamente con una determinada radiación, cuyos fotones poseen una energía similar a la del electrón, por lo que al incidir sobre él influyen en su movimiento, provocando un aumento en el error con que medimos la velocidad. Por el contrario, cuando la luz incide sobre un objeto visible no altera su velocidad, ya que la energía de los fotones es despreciable frente a la energía cinética del objeto. Por esa razón, en la mecánica clásica es totalmente posible conocer perfectamente la velocidad y la posición de un cuerpo.

 

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