A principios de la década de 1890, parecía que la Física estaba básicamente completa, aparte de completar algunos detalles menores. Esto es lo que llamamos física clásica, que consiste en mecánica newtoniana, la teoría del electromagnetismo de Maxwell, la óptica, la teoría cinética de la materia y la termodinámica estadística.
Luego, Becquerel descubrió la radiactividad en 1896, y se hizo cada vez más obvio que el espectro de la radiación del cuerpo negro y los resultados del efecto fotoeléctrico eran imposibles de explicar en términos de teorías clásicas.
Max Plank resolvió el problema del cuerpo negro, suponiendo que los osciladores electromagnéticos obedecían la fórmula, E = hf, donde E es la energía de un oscilador, en julios, de frecuencia f, en Hz, donde h es una constante, ahora llamada ‘Plank’s constante ‘, igual a aproximadamente 6.63 × 10 ^ -34 Js. El propio Plank vio esto como un mero invento matemático que da la respuesta correcta; No sabía por qué.
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El efecto fotoeléctrico da resultados muy extraños. Se refiere al hecho de que algunos metales, cuando son irradiados por la luz, emiten electrones, llamados fotoelectrones. Pero, cada metal tiene una cierta frecuencia de corte, de la luz, por debajo de la cual no se emiten fotoelectrones, sea cual sea la intensidad de la luz. Entonces, con cierto metal, la luz roja intensa no produce ningún efecto, pero la luz azul muy débil produce fotoelectrones de inmediato, ¡y con un gran KE!
Esto desconcertó a todos, pero Einstein se dio cuenta de que podía tomar la idea de Plank literalmente, en el sentido de que la luz está compuesta de cuantos altamente localizados, de modo que un solo cuántico interactúa con un solo electrón. Luego se necesita una cierta cantidad de energía para que un electrón escape a través de la superficie del metal, llamada la ‘función de trabajo’ del metal. La energía de estos cuantos son, E = hf. Si la función de trabajo es W, entonces la KE máxima de un fotoelectrón viene dada por, KE = hf – W. Esta ecuación explica todo sobre el efecto, y es completamente consistente con la medición experimental. Fue por esto, no por la Relatividad Especial, por lo que Einstein recibió el premio Nobel.
Las explicaciones de estos efectos son lo que inició la teoría cuántica. Aunque Einstein estuvo muy involucrado con esto, no aprobó la forma en que se desarrolló, y nunca aceptó la Interpretación de Copenhague, que establece que cada sistema tiene una función de onda, que describe completamente el sistema, y cuyo valor al cuadrado para un estado particular es proporcional al sistema que se encuentra en ese estado.
Einstein no estuvo de acuerdo en que la función de onda contiene toda la información que tenemos de un determinado sistema, y no aprobó el uso de la probabilidad, y dijo en varias ocasiones que “¡Dios no tira dados!”
Propuso una teoría diferente que contenía variables ocultas, es decir, variables que definen el estado real de un sistema, en momentos en que no sabemos cuál es el estado real. Nunca podría aceptar que un sistema realmente podría estar en 2 o más estados, al mismo tiempo, es decir, una superposición de estados, que es una de las piedras angulares de la teoría cuántica. Sin embargo, aceptó la naturaleza probabilística de la desintegración radiactiva, debido a que se debe a procesos no observables en un núcleo inestable. Tuvo problemas para interpretar los patrones de interferencia producidos por la luz y otras partículas, como los electrones.
Entró en una larga correspondencia con Niels Bohr, quien había aceptado completamente todas las implicaciones de la Teoría Cuántica, incluida la Interpretación de Copenhague, las superposiciones de estados, las soluciones de ondas estacionarias, las funciones de onda y el hecho de que contienen toda la información sobre el sistema, complementariedad, colapso de la función de onda durante una medición y la llamada dualidad ‘onda-partícula’.
Einstein adoptó la visión de sentido común de que la realidad existe, independientemente de nuestras observaciones de ella, y que debería haber alguna noción de causalidad, mientras que, para Bohr, la realidad es lo que observamos, medimos o podemos inferir matemáticamente. Estas dos ideas son normalmente equivalentes, pero con procesos cuánticos, no lo son. Einstein normalmente presentaba experimentos mentales, diseñados para mostrar que algún aspecto de la teoría cuántica no podía ser cierto, pero entonces Bohr encontraría la explicación mecánica cuántica perfectamente “razonable”. En términos de estos experimentos mentales, Bohr parece haber ganado el argumento, pero muchos físicos consideran que Einstein ganó el argumento filosófico.
Desde la muerte de Einstein, se han diseñado experimentos estándar que prueban su noción de variables ocultas frente a la visión de Bohr de la suficiencia de la función de onda, como los experimentos de prueba de Bell óptica, que utilizan el giro de los fotones. Estos experimentos constantemente dan resultados que favorecen la visión de Bohr, al mostrar que la teoría de la variable oculta es inconsistente con las mediciones reales.
Creo que este argumento es una diferencia de opinión típica entre un físico, que piensa en términos de realidad física, y un matemático, que piensa en términos de entidades puramente abstractas, y que no se preocupa por las paradojas físicas o la noción física. de causa y efecto.
Al igual que Einstein, no creo que la teoría cuántica esté completa y que los desarrollos futuros resolverán las paradojas y reinsertarán la causa y el efecto en la física fundamental.
