Presentacion Principios Cuantica Astroph0901

7/23/2019 Presentacion Principios Cuantica Astroph0901

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ltima actualizacin: 2009/05/09

Fsica Contempornea

Principios de

Teora Cuntica

Jorge I. Zuluaga CCurso de Estructura y

Fsica delUniverso

Jorge I. uluaga! "/#$La


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Curiosamente el comportamiento del Universo a granescala...

... fue en ltima instancia determinado por los fenmenosmicroscopicos que ocurrieron en las primeras etapas de

su existencia

%ntendimiento de la estructura de la materia a nivelmicrosc&ico ' de las le'es (ue lo rigen......requisito fundamental para entender historia temprana

del Universo

Fsica del mundo microsc&ico...... fundamentalmente distinta a la fsica del mundo

macroscpico ...TEORA CUNTICA

Jorge I. uluaga! 2/#$La


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Temperatura y Calor

)as:Coleccin de partculas (molculas, tomos, partculas!

que no mantienen relacin permanente con otraspartculas.

*artculas de gas...... "ermanente movimiento aleatorio...

+elocidad de &artculas en gas...... no es la misma#...

+elocidad &romedio ,TEMPERATURA

Jorge I. uluaga! #/#$La


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%n un gas cu'as &artes tienen una tem&eratura igual -gas

en %(uilirio rmico1......velocidad de partculas o$edecen una distri$ucinestadstica

DISTRIBUCIN

DE MA!"E##$BO#TZMAN

Jorge I. uluaga! /#$La


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%3iste una velocidad en la (ue &arecen moverse lama'ora de las &artculas -vma31



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Prop%e&a&e' Cu()t%*a' &e la #u+

%ntendimiento de la verdadera naturaleza de la luz surgede la cuestin...

%Cmo es la lu& emitida por un o$'eto caliente

Imaginemos la siguiente situacin:

4e estudia luz emitida &or las &aredes de un orno

ermticamente cerrado

67ue &odemos decir sore la luz atra&ada en el orno8

Jorge I. uluaga! $/#$La


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O,'er-a*%o)e'

uz emitida entodas laslongitudes de

onda uz emitida enuna longitudde onda ms

(ue en lasdems

max) * mm + (-!

#ey &e "IEN

Jorge I. uluaga! ;/#$La


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/0'%*a *l('%*a

uz < =nda electromagntica

=ndas de luz de diversas longitudes de onda &roducidas&or &aredes de orno...

...re$otan en paredes del horno 67u ti&o de luz aunda en ma'or cuanta en el orno8

>eido a su corta longitud de onda la luz de longitud de

onda &e(ue?a deera aundar@

*rolema: oservaciones no coinciden con lo &redico@

Jorge I. uluaga! A/#$La


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/0'%*a Cu()t%*a 1Pla)*23 45667

a luz en el orno es coleccin de &artculas...FOTONES

Fotones de mu' diversa energa...

...sin em$aro de$ido a distri$ucin de /ax0ell12olt&mande velocidades de partculas en paredes de horno

distri$ucin de fotones deacuerdo a enera o$edececurva parecida...

*ara acer coincidir oservaciones con este modeloterico...

Enera de fotn 34 + lonitud de onda

Jorge I. uluaga! "0/#$La


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E ) 5x46 147' + (nm!

%Bem&lo: 8u& amarilla...

% < 23"0!"$/$00 nm < #.#3"0!"9B < 2." e+

Electrn-Voltio (eV)

4 e9 ) 4.7x4614:'

4 ;e9 ) 4,666 e94 /e9 ) 4


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%l descurimiento de (ue la luz tiene una naturalezacor&Cscular -&artculas1...

...uno de los ms importantes descu$rimientos de lafsica...

Origen Fundamental de la Teora Cu!ntica

/ot8)%*a

>escurimiento de naturaleza cor&Cscular de la luz....../odifica nuestro entendimiento del modo en el que la

lu& interacta con la materia...



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Fenmenos donde se maniDiesta naturaleza cor&Cscularde la luz:

4.E9e*to 9otoel:*tr%*o

Eonductor sometido a incidencia de luz...

...=otones pueden excitar electrones de slido yfavorecer conduccin

Jorge I. uluaga! "#/#$La


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%nerga necesaria &ara e3citar electrones...

9alor crticoE'. >luminio E ? @.5A e9 (B566 nm, Ultravioleta!

;./oto&e'%)tegra*%8)

Euando &artculas suatmicas Dorman sistemascom&uestos......es necesaria una cantidad especfica de enera para

descomponerlos...ENER


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Electrones Dcleo atmico (tomo!

%nerga de enlace idrgeno : "0 e+G elio : # e+

Fotodesintegracin de tomo :

E ? 46 e9 (B466 nm, U9!

IONIZACIN

"rotones Deutrones (Dcleo atmico!

%nerga de enlace nuclear ," He+

Fotodesintegracin de Ccleo :

E ? 4/e9 (B6.664 nm!



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NOTA

>e la misma manera (ue la desintegracin re(uiereenerga......8a composicin de las partes de un sistemaF li$era

enera

%nerga lierada en com&osicin de sistemageneralmente se liera en la Dorma de Dotones -luz1

=.E9e*to Compto)

Eomo sucede con cual(uier &artcula: Dotones &uedencocar con otras &artculas

Jorge I. uluaga! "$/#$La


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Fotn energtico (ue se &ro&aga en gas Dro deelectrones...

...puede chocar con electrn perdiendo enera(aumentando su lonitud de onda!

E/ECTO COMPTON

Jorge I. uluaga! ";/#$La


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Fotn de aBa energa (ue se &ro&aga en gas caliente deelectrones

..."uede chocar con electrones y anar enera(disminuyendo su lonitud de onda!

E/ECTO COMPTON IN>ERSO

Jorge I. uluaga! "A/#$La


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I)*ert%&um,re e) el mu)&o m%*ro'*8p%*o

*arece una &regunta &aradBicaG &ero.....%podemos conocer ca$almente el mundo

microscpico...

Imagnese un electrn en un tomo...... siempre hemos supuesto que el electrn se mueve

alrededor de ncleo siuiendo trayectoria cerrada...

*ero 6&odemos saer &or donde &asa dica tra'ectoria8...

...%podemos sa$er donde esta el electrn y hacia donde va en unmomento dado...

a Cnica manera de determinar &osicin de electrn: iluminarlo yo$servar lu& refle'ada



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*ero Dotones de luz (ue gol&ean electrones...modifican de manera considera$lemente su movimiento



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*ara conocer con &recisin dnde esta el electrn sedee sacriDicar inDormacin sore &ara donde ia@@

Do es posi$le determinar simultneamente con todaprecisin la u$icacin de un o$'eto microscpico y su

velocidadPRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE 1?e%'e),erg3 45;=7

Jorge I. uluaga! 2"/#$La


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=tras &ro&iedades de sistemas microsc&icos...

...tampoco se pueden medir simultneamente conprecisin

%Bem&lo : Enera del sistema, tiempo en el que la tieneExisten en el mundo microscpico cantidades,

propiedades de los sistemas que no pueden conocersecon precisin ar$itraria. "or rande que se nuestro

esfuer&o por precisar el valor de todas las propiedades deun sistema siempre ha$r unas propiedades que no

pueden precisarse del todo y cuando ellas se precisanotras de'an de hacerloUna "ormulacin generali#ada del$%&NC&$&O 'E &NCE%T&'U%E



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Co)'e*ue)*%a'

1 *artculas microsc&icas no se mueven siguiendotra'ectorias deDinidas...

... trayectoria implica conocimiento simultneo deposicin y velocidad...

Jorge I. uluaga! 2#/#$La


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K14i no se &uede determinar &osicin e3acta cuando seconoce e3actamente velocidad...

...mientras no se las intente o$servar partculas podranestar en todas partes...

...como las ondas...

%n ciertas situaciones slo &osile conocer &roailidadde encontrar &artcula en ciertos lugares del es&acio@



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E1%l vaco &odra no estar com&letamente vaco@

%n tiem&os mu' reves en el vaco la energa -en&rinci&io < 01 sera mu' incierta......"odra crearse enera en el vaco siempre y cuando la

misma enera desapareciera en un tiempo

extremadamente corto.../#UCTUACIONES CUNTICAS DE# >ACO

% ma'orG t menor



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El -a*0o &e la teor0a *u()t%*a )o e'ta -a*0o@

%nerga creada en tiem&o reve se materializa en laDorma de &artculas...

...partculas virtuales

Jorge I. uluaga! 2$/#$La


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Jorge I. uluaga! 2;/#$La


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%3iste algo ms increile aCn...

o slo el vaco microsc&ico no esta [email protected] crean y desaparecen todo el tiempo partculaspero al final es como si no se hu$iera creado ninuna#

*ero esto Cltimo tam&oco es del todo cierto:

%n el mundo microsc&ico ningCn sistema -ni si(uierael vaco &uede tener una energa U@

%l vaco tiene una energa en &romedio = U...... ENER


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6*or 7u8

Eomo los electrones en un tomo no &ueden teneruna energa menor (ue un cierto valor -%nerga Kase1

%l vaco no &uede tener una energa menor (ue uncierto valor



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6Eunta es la energa de &unto cero8;665 NO SE SABE A CIENCIA CIERTA

6*uede e3&lotarse8NO SE SABE@

4i el vaco solo Dotones virtuales energa de &unto cerosera igual a la mitad de la energa de un Dotn...... pero hay tantos fotones distintos que en un volumen

de espacio microscpico ha$ra una C*NT&'*' &NC%E&+E 'E ENE%,*#

6Eomo es (ue no sentimos esa energa8...... es la misma en todas partes a nuestro alrededor#

Jorge I. uluaga! #0/#$La


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Pero e' e'to -er&a&

%3iste un medio tecnolgico &ara com&roar (ue lasDluctuaciones del vaco son reales

4i se &onen 2 metales mu' cerca uno de otro ' en elvaco...

%l vaco entre los metales ser distinto (ue el vaco (uelos rodea

as &artculas virtuales (ue se crean en el medio -(uese com&ortan adems como ondas1 solo &odrn tenercierta longitud de onda -como las ondas en unaguitarra@1

Jorge I. uluaga! #"/#$La


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a diDerencia entre las &artculas (ue se crean aDuera '

las (ue se crean adentro &roduce una Duerza de losmetales aca la regin intermedia8os metales GE >H>EHD#

E/ECTO CASIMIR

Hedido en "95A en loslaoratorios de *illi&s' ms recientementeen mClti&les

e3&erimentos

Jorge I. uluaga! ##/#$La


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&licaciones:

Duerzas cunticas enescalas mesosc&icas

>is&ositivos mecnicosHUL *%7U%M=4

aDectados &or este eDectoNANO MUINAS

Jorge I. uluaga! #/#$La


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=tra a&licacin...

Un tomo es e3citado con energa -luzG un gol&eG etc.1 %Bem&lo: un tomo de Hercurio en una lm&ara de

oDicina

Un tiem&o revsimo des&us el tomo se Ndese3citaO 'devuelve la energa reciida como luz@

C#A>E DE #A EMISIN DE #UZ *ero: 6(u induce al tomo a dese3citarse8

/lu*tua*%o)e' *u()t%*a' &el -a*0o@

%l vaco sera entonces el res&onsale de la iluminacinde nuestras oDicinas@



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#e*tura' re*ome)&a&a'

tt&://PPP.Bourne'!to!success.com/ero*ointField.tmlUn artculo mu' com&leto ' con curiosidades sore elvaco de la mecnica cuntica.

tt&://&'sicsPorld.com/cPs/article/&rint/9;;Q&P"5090$#Un artculo mu' com&leto sore la istoria deldescurimiento ' veriDicacin del eDecto Easimir

tt&://Bzuluaga.logs&ot.com/200;/0;/iBos!del!&rinci&io!de!incertidumre.tmlUn artculo en mi log sore el &a&el de las Dluctuacionescunticas en el desarrollo del Universo (ue conocemos

Jorge I uluaga! #$/#$
http://www.journey-to-success.com/ZeroPointField.htmlhttp://www.journey-to-success.com/ZeroPointField.htmlhttp://physicsworld.com/cws/article/print/9747#pw1509063http://physicsworld.com/cws/article/print/9747#pw1509063http://jzuluaga.blogspot.com/2007/07/hijos-del-principio-de-incertidumbre.htmlhttp://jzuluaga.blogspot.com/2007/07/hijos-del-principio-de-incertidumbre.htmlhttp://physicsworld.com/cws/article/print/9747#pw1509063http://physicsworld.com/cws/article/print/9747#pw1509063http://jzuluaga.blogspot.com/2007/07/hijos-del-principio-de-incertidumbre.htmlhttp://jzuluaga.blogspot.com/2007/07/hijos-del-principio-de-incertidumbre.htmlhttp://www.journey-to-success.com/ZeroPointField.html

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