La energía en cualquier sistema cerrado está “cuantizada”. Aunque podemos tratarlo como continuo, como valor, de hecho es más como moneda fuerte. Monedas y billetes. El estado fundamental es el solución de energía más baja para un sistema cuántico cerrado. Significa que todos los estados de mayor energía están “excitados” y volverán al estado fundamental después de un intervalo de tiempo que depende de la energía y las vías permitidas. Esto significa que la imagen general de la aparente calma a gran escala es “dinámica” en lo pequeño.
Se puede imaginar que un gas real como el aire que respiramos es como pequeñas mancuernas elásticas, que giran y vibran y chocan rápidamente como una máquina de pinball maníaco. Nuestro aire está principalmente en el estado fundamental de la energía de rotación, pero parcialmente excitado en términos de Niveles de energía de vibración. Definitivamente está entusiasmado en términos de movimientos de traducción. Los hornos de microondas excitan las rotaciones de las moléculas de agua en los alimentos y, a medida que se descomponen, excitan los modos vibratorios que corresponden a lo que conocemos como “calor”.
La vibración de una molécula no puede detenerse. Está “incorporado”. Ese es el estado fundamental. El calentamiento de sustancias es la excitación de estados por encima del estado fundamental.
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No todos los sistemas cuánticos tienen energía de estado fundamental finita, por ejemplo, la rotación de las moléculas está cuantificada, y los niveles de energía son excitados por colisiones y por radiación, pero el estado fundamental para la rotación es cero. Pueden dejar de girar. Siempre habrá alguna molécula en un gas que no gire durante una fracción de tiempo.
Cuando un sistema es “real” y existe en un universo con una temperatura finita, como es el nuestro, entonces la población de estos estados de energía es estadística. Siempre habrá una probabilidad de que algún sistema esté en cada estado, incluso si ese es un número muy bajo. Si un sistema se quedara en el estado fundamental para siempre, eso significaría que la temperatura de equilibrio estaba en cero absoluto, y eso está prohibido. El sistema tendría que estar aislado, en su propio universo. Eso no es real.
En química, el concepto de estado fundamental se aplica a la excitación de átomos y moléculas, y tiene un efecto definitivo sobre los tipos de reacciones que se producen, por ejemplo, en un gas. Los estados excitados son un aspecto fundamental de la química, como un ejemplo, la luz que se obtiene al quemar combustibles de hidrocarburos se transforma en una molécula excitada de CO2 formada por la combustión. A medida que regresa al estado fundamental de CO2, emite un espectro azul característico. El color de esa “descomposición” se propaga a través del espectro por colisiones con otras moléculas y especies en una llama.
Al avanzar en el rango de energía hacia el núcleo, los estados excitados son importantes en la desintegración radiactiva o en los aceleradores de partículas cuando una partícula es deliberadamente excitada por una colisión. Esto es importante en la búsqueda de nuevas partículas con altas energías.
