La mecánica cuántica: el hallazgo del Nobel, Louis de Broglie

La radiación en los cuerpos calientes y el efecto fotoeléctrico (emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética) fueron explicados a partir de la consideración de que la luz se compone de partículas, es decir, atendiendo a que las ondas son partículas, y que éstas generan trayectorias. Esto llevó en los primeros años del siglo XX, al siguiente planteamiento: ¿por qué no pensar que una partícula, un átomo o una molécula podrían también comportarse como ondas?; ¿o que las partículas también fueran ondas? En 1924, Louis de Broglie (1892-1987), físico francés, propuso que la materia en general está formada por ondas, también el electrón y predijo su longitud, la cual encontró que es proporcional a su masa y velocidad. En 1927 fue comprobado el comportamiento ondulatorio del electrón y en 1929 recibió el Premio Nobel.

Pero De Broglie se planteó otras cosas más: las partículas muy pequeñas, con masas también muy pequeñas como los electrones, protones y neutrones tendrán una onda muy grande, en tanto que cuerpos muy grandes, como una bala disparada por un cañón, tendrá una onda extremadamente pequeña. En resumen: el tamaño de la onda asociada a una partícula depende de dos cosas: de su masa y de su velocidad.

Por otra parte estos eran el tipo de fenómenos y explicaciones que inspiraban confianza a Bohr y le hacían concluir que no era tan turbador que el electrón, al girar en torno del núcleo atómico, infringiera las leyes del electromagnetismo y de la mecánica clásica; pero confiaba en que sería resuelto con las concepciones cuánticas de la materia y contribuyó a la demolición del edificio teórico, construido para rehacer el conocimiento del mundo atómico mediante la nueva mecánica cuántica. Y terminó descifrando los fenómenos a escala atómica y no fue imperioso considerar equivocados el electromagnetismo y la mecánica clásica, sino aproximaciones parciales. Resultado final, las leyes del electromagnetismo y de la mecánica son un caso particular de la mecánica cuántica y de la teoría de la relatividad; se cumplen cuando consideramos sucesos con objetos mayores a los átomos y velocidades pequeñas comparadas con la de la luz. El nuevo conocimiento constituyó un saber rectificado.

La llegada de la mecánica cuántica permitió resolver muchísimos problemas planteados por los experimentos y entender más a fondo algunos aspectos del movimiento de los átomos. Pero también nos trajo problemas adicionales. Al suprimir la idea determinista del mundo, nos la sustituyó por un conjunto de probabilidades. Y ello, conllevó a la no localidad del universo y al principio de incertidumbre. Con estos adelantos, la distribución electrónica se hizo más compleja, pero preservó la naturaleza cuántica descubierta por Bohr, quien obtuvo el Nobel en 1922 por ese trabajo. Así es el camino de la ciencia, se pasa de un nivel a otro.

La Mecánica Cuántica fue una gran revolución científica en todos sus aspectos, particularmente en el de los conceptos. Las imágenes mentales que nos formamos de la realidad, demostraron ser insuficientes para comprender los fenómenos en el mundo atómico, pues las ideas de partícula y de onda, son en el fondo imágenes mentales que construimos para representar la realidad y comprenderla. En el mundo que tenemos frente a nuestros ojos, observamos que los objetos se mueven y ello nos llevó a  construir la noción de trayectoria, entonces concluimos que los cuerpos se mueven en una trayectoria, simple o compleja, pero necesariamente en una trayectoria.

Pero en el mundo atómico el concepto de trayectoria carece de sentido. El electrón en el átomo no sigue una trayectoria, es difícil entenderlo, porque rompe nuestras visiones. Los físicos entendieron la necesidad de renunciar a las imágenes intuitivas y representar los fenómenos de la realidad en lenguaje estrictamente matemático. Este trabajo de formulación matemática de la mecánica cuántica, se concluyó en su sentido esencial en 1927 de manera independiente en los Estados Unidos de América y en Europa, producto del trabajo de genialidades, entre las que destacan Einstein, Bohr, Born, Schrödinger, Heisenberg, Dirac y Pauli. A partir de este momento la ciencia tomó un rumbo insospechado, con la enunciación matemática de la mecánica cuántica. Hoy la ciencia, frente a encontrar la cura para el coronavirus, pasará a otro nivel.

@SalvadorHV

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