¿Cuáles son algunos conceptos básicos de la mecánica cuántica que todo estudiante de física debe saber?

Las funciones de onda contienen información completa sobre sistemas cuánticos.

La función de onda de los fermiones (partículas o sistemas con giro semi-integral) son siempre antisimétricos. Este requisito lleva al Principio de Exclusión de Pauli. Sin embargo, para que dos partículas o sistemas estén limitados de esta manera, deben poder interactuar. Esto significa que en dos átomos diferentes el conjunto de números cuánticos de electrones puede ser idéntico. Pero dentro de un átomo dado, no hay dos electrones que puedan tener el mismo conjunto de números cuánticos.

Como los neutrones y los protones son fermiones, el principio de exclusión de Pauli conduce a diferentes niveles de energía para estas partículas en los núcleos.

Las funciones de onda de los bosones (partículas o sistemas con espín entero) son siempre simétricas. Este requisito lleva al resultado de que no hay límite para la cantidad de Bosones que pueden estar en el mismo estado. Esto es consistente con el hecho de que en los masers y láseres cualquier cantidad de fotones puede tener la misma energía y estar en fase en el mismo haz.

El principio de incertidumbre de Heisenberg se aplica a pares de variables conjugadas. Hay muchos más de estos pares de lo que normalmente se indica. La mayoría de las veces solo se mencionan la posición y el momento, como al decir que la incertidumbre en la posición multiplicada por la incertidumbre en el momento de un sistema debe ser mayor o igual que la constante de Planck dividida por 4pi: principio de incertidumbre

Sin embargo, otros pares de variables conjugadas en este contexto son Energía y Tiempo y también Momento angular y Ángulo (variables conjugadas). De hecho, incluso las incertidumbres de posición y momento deberían dividirse en tres componentes.

Los niveles de energía en sistemas bien definidos, como los átomos y las moléculas, siempre se cuantifican, y las diferencias en los momentos angulares entre los niveles de energía deben ser múltiplos enteros de la constante de Planck dividida por 2pi, ya que este es el momento angular de un solo fotón, y Los cambios en los estados de energía se pueden lograr con la emisión o absorción de fotones.

Aquí están los conceptos básicos:

La hipótesis de De-broglie, experimentos que apoyan la naturaleza de las partículas y las ondas (dispersión de Compton y experimento de Davisson-Germer).

Propiedades de la función de onda. Interpretación de la función de onda de Born.

Ecuación de onda de Schroedinger independiente del tiempo unidimensional.

La función de onda de una partícula en un pozo de potencial infinito unidimensional y pozo de potencial finito. Principio de incertidumbre de Heisenberg y su resultado.

Yo diría que cada estudiante de física debe visualizar su concepto básico de incertidumbre en tamaños de niveles atómicos y niveles de velocidad fotónica. Básicamente, elimina la imagen convencional de un átomo que uno tenía anteriormente, que lo compara con los planetas alrededor del sol. Uno debe darse cuenta de la realidad de las posiciones electrónicas y los momentos dispersos alrededor de los orbitales en forma de nubes.

El advenimiento de la naturaleza de partículas de la luz, evidente por su interacción con la materia, es clave para realizar el comportamiento de otras partículas recién descubiertas. Es interesante que la luz nunca acumule su energía en la interacción con los electrones libres y se expulsen solo si se encuentra una barrera de energía. La intensidad no importa si un fotón en particular no se encuentra con la barrera. Esta comprensión básica de la mecánica cuántica junto con la comprensión de su relación con la relatividad puede ayudarte significativamente como estudiante de física.