Lo sentimos, sus preguntas son muy difíciles de responder, de hecho. Para comprender realmente estas cosas, debe estudiar física teórica bastante avanzada, a saber, la teoría cuántica relativista. De ahí, quizás, un poco de historia primero:
La teoría cuántica es el resultado de una crisis de la física teórica, a fines del siglo XIX. Era obvio. Una pregunta importante fue la termodinámica de la radiación electromagnética. El fenómeno que conocemos de la vida cotidiana: cuando se calienta el metal, este es primero rojo brillante y a temperaturas más altas blanco azulado. Físicamente, la luz “roja” es una onda electromagnética con una longitud de onda menor que la luz azul. Ahora podría utilizar la electrodinámica clásica de Maxwell y la termodinámica básica según las consideraciones derivan de que la radiación electromagnética que se encuentra en una cavidad perfectamente reflectante cuyas paredes se calientan a una temperatura determinada debe tener un espectro que sea independiente del material del tanque. Esto indica un espectro de longitudes de onda que compuso una onda y cuánto contribuye cada una a la longitud de onda total de la onda. Aquí, las amplitudes de cada onda individual suman (o “modo”) de cierta longitud de onda (y frecuencia). El espectro de la radiación del cuerpo negro debería ser una función universal de la temperatura. También podría calcular este espectro debido a la física clásica aplicando los métodos de mecánica estadística a los modos de onda. El problema fue que salió un espectro correspondiente a un campo electromagnético que contenía una cantidad infinita de energía. Pero, por supuesto, esto no puede ser, porque solo ha bloqueado finitamente con seguridad mucha energía del campo electromagnético en una cavidad finita.
Después de un par de años, este problema ha tenido una relevancia práctica, porque mientras tanto se inventó la bombilla, la luz eléctrica se puso de moda. En el Instituto Técnico Físico de Berlín (el predecesor de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt en Braunschweig) quería establecer un estándar para las bombillas. Ahora, ¿qué podría ser mejor que el “estándar de referencia” que sirve como radiación corporal universal? Entonces, los ansiosos investigadores hicieron en el Instituto Imperial (Lummer, Kurlbaum y otros) una medición muy precisa de la radiación de la cavidad. Trajeron el cuerpo hueco de platino a temperaturas predeterminadas muy precisas y temporalmente constantes y midieron el espectro de radiación en un rango de longitud de onda muy amplio. Eso fue en 1900 no fácil y una de las obras más experimentales de la época.
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Como un verdadero teórico, pero ahora tenía que entender cómo resulta esta fórmula de radiación de la teoría de las ondas electromagnéticas (Maxwell) y los resultados de la termodinámica, entonces, ¿cómo podrían derivar y comprender las leyes de la naturaleza aparentemente bien establecidas? Entonces se apropió a regañadientes, lo cual también fue desarrollado por Maxwell, pero especialmente por Boltzmann, métodos de física estadística y explicó en un ingenioso método de número combinatorio que el espectro de cavidades une los modos de campo a una temperatura dada. Pensó para sí mismo, inicialmente por razones puramente matemáticas, que la energía electromagnética puede ser emitida y absorbida por las paredes del contenedor solo en ciertas partes. Por una manera, la frecuencia [matemática] \ nu [/ matemática] esas porciones de energía [matemática] h \ nu [/ matemática], donde primero pensó que debía irse al final de la contabilidad obtuvo [matemática] h \ rightarrow 0 [/ matemáticas], de modo que finalmente la absorción y emisión de radiación en un proceso continuo, como lo exigía la teoría electromagnética clásica de Maxwell. Sin embargo, resultó de inmediato que simplemente no podía hacerlo. Más bien [matemáticas] h [/ matemáticas] tenía que mantener un valor finito bien definido, de modo que el espectro de su fórmula de radiación obtenida empíricamente mediante el ajuste de los datos experimentales correspondiera. Eso significaba que en realidad em. La radiación de una frecuencia determinada puede ser absorbida solo en porciones discretas de energía [matemática] E (\ nu) = h \ nu [/ matemática] emisor y la constante universal [matemática] h [/ matemática] que Planck lleva hoy correctamente.
Resultó que la idea bastante planificada de Planck de “cuantización” abrió una nueva visión del mundo de la estructura de la materia desde los bloques de construcción más pequeños (“Partículas elementales”). Einstein en 1905 explicó la teoría de Planck mucho más fácil por el hecho de que asumió que em. La radiación en sí tiene un tipo de carácter de partícula, es decir, de partículas de energía definida [matemática] E = h \ nu [/ matemática] y existe impulso [matemática] p = h / \ lambda [/ matemática]. Que las ondas electromagnéticas tenían que tener la energía y el impulso, ya conocían a los Maxwellianos (especialmente Poynting, después de que la densidad de flujo de energía [math] \ vec {S} = \ vec {E} \ times \ vec {B} [/ math] es la electrodinámica nombrada). Lo nuevo era que la energía y el momento deberían comportarse como partículas, por otro lado, estas cantidades están dadas pero por las características (frecuencia y longitud de onda) de las ondas, la constante de Planck estableció el vínculo entre la naturaleza de la partícula y la onda. Este aspecto de partículas de la radiación electromagnética, Einstein pudo explicar el efecto fotoeléctrico, por el cual la luz de los metales puede “desprender” electrones. Explicó simplemente por procesos de colisión entre sus “partículas de luz” y los electrones. Sin embargo, esta imagen no fue hasta 1923, realmente reconocida, ya que Compton fue precisamente para mostrar que la dispersión de la luz en realidad tiene el equilibrio de energía y momento para colisiones de partículas con otras partículas de electrones libres (que son energía y momento relativistas para calcular). . Eso convirtió a Einstein en un Premio Nobel, no en la teoría de la relatividad.
A principios del siglo XX. Sin embargo, pronto se hizo evidente que este “dualismo onda-partícula” en todos los micro fenómenos cubiertos, es decir, que los electrones (1897 JJ Thomson como “partículas” descubiertas) también poseían propiedades de onda. Desafortunadamente, rápidamente se hizo evidente que las teorías crudas correctas de los fenómenos cuánticos eran (ahora consideradas “antiguas teorías cuánticas” conocidas, incluido el modelo de Bohr de los recuentos de átomos) muy insatisfactorias. Sin embargo, eso fue descubierto “nueva teoría cuántica” asombrosamente rápido. El primero fue un físico muy joven, Werner Heisenberg, frente a un ataque de fiebre del heno, se refugió en el verano de 1925 en la isla de Helgoland y luego tuvo la brillante idea de que ni una teoría clásica del campo (ondas) todavía puede usar la mecánica clásica ( partículas) para describir correctamente las partículas más pequeñas. Inventó un esquema muy abstracto, en el que llamó al sistema modelo más simple, el. Oscilador armónico podría capturar matemáticamente. Se descubrió que ya existían estas matemáticas en forma de matriz, como su supervisor Born y su asistente Jordan notaron en Gotinga. Heisenberg, Born y Jordan escribieron rápidamente más artículos, que trajeron las ideas de Heisenberg en la forma de los llamados. Mecánica matricial en una forma matemáticamente consistente. Pauli, otro prodigio de la escuela de campo de verano en Munich (ya había escrito a la edad de 21 años un artículo de revisión ejemplar sobre la teoría especial y general de la relatividad), aún no resolvió de manera puramente algebraica el problema del hidrógeno, qué ” la nueva teoría cuántica “, sin embargo, realmente ayudó a abrirse paso. Demasiado inusuales en ese momento eran los métodos matemáticos más modernos. ¡Al físico le gustaban más las ecuaciones diferenciales como álgebra abstracta!
Es este deseo satisfecho en un frenesí creativo en 1926, Schrödinger, la rápida sucesión en varios trabajos publicados aborda la teoría cuántica en forma de una teoría de campo y el problema del hidrógeno como problema de valor propio de sus ecuaciones de campo. Hubo todo tipo de problemas para los mismos resultados que en la mecánica matricial y el propio Schrödinger demostró que ambos formalismos en realidad son matemáticamente equivalentes. Por lo tanto, no había dos nuevas teorías cuánticas, sino solo una que había sido formulada solo de manera superficialmente diferente.
En general, ambas formulaciones (Matriz y mecánica de ondas) la teoría integral lo llevaron finalmente a Dirac, y aprenden según su formulación y enseñamos hoy, la teoría cuántica en las universidades. En 1927, presentó la representación de la absorción y emisión de radiación electromagnética en un formalismo, al que hoy nos referimos como “cuantización de campo”. Una teoría de campo cuántico describe situaciones en las que se pueden crear y destruir partículas, es decir, sistemas donde ciertas partículas no están presentes en un número fijo pero desaparecen en las reacciones y se pueden generar. Hoy en día disparas partículas sucesivas (p. Ej., Protones en el Gran Colisionador de Hadrones en funcionamiento en el CERN en Ginebra), ¡creando miles de partículas nuevas!
Los fotones ahora están siendo escritos por el campo electromagnético cuantificado. También se dice que eran cuantos de campo del campo electromagnético. Ahora, sin embargo, debemos distinguir entre tales partículas de vuelo libre o cuantos y las fuerzas entre partículas. Formalmente a través de los llamados. La teoría de la perturbación, una técnica matemática para teorizar las ecuaciones endiabladamente complicadas de los procesos de dispersión de campo cuántico, así como la creación y aniquilación continua de partículas a ser aproximadas. Esto incluso se puede poner en un diagrama esquemático brillante inteligente, el llamado. Diagramas de Feynman (Feynman inventó no solo los famosos diagramas, sino también la tercera realización concreta de la teoría cuántica, la cuantización integral de la ruta que, en mi humilde opinión, es su brillante rendimiento en absoluto). Por lo tanto, existe el discurso generalizado de los libros de ciencia popular de que las fuerzas electromagnéticas entre partículas cargadas se concluyen mediante “intercambio de fotones”. Uno siempre debe pensar escrito con las comillas invertidas. No son partículas reales sino simplemente líneas en diagramas de Feynman que representan expresiones matemáticas abstractas que nos permiten calcular las secciones transversales de dispersión que podemos comparar con el experimento. La electrodinámica cuántica es una de las mejores teorías, cuando se trata de describir tales procesos de dispersión. ¡El cumplimiento de ciertas variables (por ejemplo, el llamado momento magnético anómalo del electrón, que puede calcularse a partir del QED y puede medirse con mucha precisión) es de 12 dígitos significativos!
Con mucho, la mejor y más entretenida presentación de Feynman en línea. ¡Al hombre se le enseña tan ingenioso como a un físico!
El Vega Science Trust.
