Historia de la Mecánica Cuántica
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Johann Jakob Balmer
Lausanne (Suiza),1825Basilea (Suiza),1898.
Físico y matemático.
Su aporte a la física
actual es conocido
como la “serie de
Balmer”.
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Johann Jakob Balmer
• En 1885, estableció una ley empírica que permite
calcular la distribución de las líneas espectrales del
hidrógeno designadas respectivamente por Hα, Hβ,
Hγ y Hδ, y que forman la serie de Balmer
2
hm
 2 2
m n
h  3.6546·107 m
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Johannes Rydberg
Halmstad (Suecia), 1854Lund (Suecia),1919.
Estableció una relación
entre las líneas
espectrales de los
distintos elementos e
introdujo la constante
que lleva su nombre.
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Johannes Rydberg
• En 1889, Rydberg modifica la fórmula de
Balmer, generalizándola y abriendo el camino
para el establecimiento de un modelo atómico
matemático.
 1 1
  R  2  2  , n2  n1
 n1 n2 
R  109737cm1
• Simulador de espectros atómicos
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Max Planck
Kiel (Alemania), 1858Gotinga
(Alemania),1947.
Premio Nobel de Física en
1918 por el
descubrimiento de la ley
de emisión de energía
por los cuerpos
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Max Planck
• En 1900 obtuvo una expresión que permitía
calcular la distribución de energías emitidas por
un cuerpo en función de su temperatura
(espectro del cuerpo negro), que supone la
emisión de pequeños “paquetes” de energía
denominados cuantos.
2h
I ( , T )  2
c
3
1
h
kT
e 1
34
h  6.62·10 J ·s
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Albert Einstein
Ulm (Alemania), 1879Princeton, California,
(USA),1955.
Premio Nobel de Física en
1921 por sus
investigaciones sobre el
efecto fotoeléctrico.
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Albert Einstein
En 1905 publicó un artículo en el que explica los
fenómenos de fotoemisión de electrones haciendo
uso de las ideas de Planck, convirtiéndose así,
involuntariamente y a su pesar, en co-fundador de
la Mecánica Cuántica, al aplicar la cuantización en
un nuevo fenómeno distinto al cuerpo negro por
vez primera.
h=W0+Ec
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Niels Bohr
Copenhague (Dinamarca),
1885- Copenhague
(Dinamarca), 1962.
Premio Nobel de Física en
1922 por sus trabajos en
la estructura atómica y
la emisión de radiación
por los átomos.
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Niels Bohr
• En 1913 postuló un modelo del átomo que
explicaba los espectros atómicos del hidrógeno y
predecía el valor de la constante de Rydberg con
extraordinaria precisión.
• El modelo lleva implícita la idea de la cuantización
de la energía a través del establecimiento de una
condición a los posibles valores del momento
angular del electrón, lo que deviene en la
existencia de valores discretos de la energía así
como de órbitas permitidas.
• En su modelo aparece por vez primera el número
cuántico principal n.
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Niels Bohr
Postulados del modelo atómico de Bohr
1. Cualquiera que sea la órbita descrita por un
electrón, éste no emite energía radiante.
2. Únicamente son posibles aquéllas órbitas para
las cuales el momento angular del electrón es un
múltiplo entero de h/2.
3. La energía liberada al caer el electrón de una
órbita superior a otra más cercana al núcleo, se
emite en forma de una onda electromagnética
elemental, un fotón.
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Niels Bohr
Consecuencias del modelo atómico de Bohr
r=a0·n2
E=-13.6/n2 (en eV)
me e4
R
2 3
8 0 h c
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Arnold Sommerfeld
Königsberg, 1868 –
Munich, 1951.
Físico y matemático
alemán.
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Arnold Sommerfeld
• En 1919 extendió la teoría de Bohr, introduciendo
órbitas elípticas y un nuevo número cuántico. Los
resultados no fueron los esperados y rápidamente
se vieron superados por modelo de Schrödinger.
• Posteriormente introdujo correcciones de orden
relativista que resultaron en la definición de la
constante de la estructura fina, que mide la
fortaleza de la interacción electromagnética.
α = μ0e²c / (2h) = 7.297 352 533 × 10-3=1/137
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Arthur Compton
Wooster, Ohio (USA),
1892- Berkeley,
California (USA),
1962.
Nobel de Física 1927 por
el descubrimiento del
efecto que lleva su
nombre.
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Arthur Compton
El efecto Compton es la dispersión de fotones
por electrones, y puede modelizarse como una
colisión elástica entre el fotón y el electrón, con
el consiguiente cambio posterior de la longitud
de onda del fotón.
h
 
1  cos  
mc
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Louis de Broglie
Dieppe (Francia),1892Paris (Francia),1987.
Físico teórico.
Premio Nobel de Física
en 1929 “por su
descubrimiento de la
naturaleza ondulatoria
del electrón”.
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Louis de Broglie
En su tesis doctoral de 1924, propone la
dualidad partícula–onda, basándose en el
trabajo de Einstein y de Planck. Esta
afirmación, fue confirmada experimentalmente
en 1927 por Davisson, Kunsman y Germer en
los EE.UU. y por Thomson en Escocia.
h
h


mc p
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Wolfgang Pauli
Viena (Austria),1900Zurich (Suiza),1958.
Físico teórico.
Premio Nobel de Física
1945 “por el
descubrimiento del
principio de
exclusión”.
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Wolfgang Pauli
En 1924 introduce el concepto de spin y el
principio de exclusión, que limita el número de
electrones que pueden compartir un mismo
estado cuántico.
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Satyendra Nath Bose
Calcuta (India),1894Calcuta (India), 1974.
Físico hindú que
reformuló las teorías
de Planck y
profundizó en el
conocimiento de los
fotones.
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Satyendra Nath Bose
• En 1924, Bose deduce la ecuación de Planck del
cuerpo negro, partiendo enteramente de presupuestos
cuánticos.
• Junto a Einstein, formula la estadística que lleva el
nombre de ambos, aplicable a las partículas de spin
entero (como los fotones), y que predice la existencia
de un nuevo estado de la materia (el condensado de
Einstein-Bose), observado por primera vez en 2001.
• Los condensados de Einstein-Bose son superfluidos
gaseosos enfriados a temperaturas muy cercanas al
cero absoluto. En este estado, todos los átomos del
condensado tienen el mismo estado mecanocuántico y
pueden fluir sin fricción.
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Satyendra Nath Bose
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Erwin Schrödinger
Viena (Austria), 1887Viena (Austria), 1961.
Nobel de Física 1933
“por su nueva teoría
atómica”.
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Erwin Schrödinger
En 1925 publica la ecuación que lleva su nombre,
basada en una concepción ondulatoria del
electrón.
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Niels Bohr
En 1925, Bohr enuncia el principio de
correspondencia, que establece las condiciones
bajo las cuales, la mecánica cuántica debe dar
los mismos resultados que la clásica.
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Werner Karl Heisenberg
Wurzburgo (Alemania),
1901-Munich
(Alemania),1976.
Nobel de Física 1932
“por la creación de la
mecánica cuántica”.
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Max Born
Breslau (Alemania),
1882-Gottingen
(Alemania), 1970
Nobel de Física 1954
“por sus aportaciones
a la mecánica cuántica,
especialmente su
interpretación de la
función de onda”
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Pascual Jordan
Hannover (Alemania),
1902-Hamburgo
(Alemania), 1980.
Colaboró con Born y
Heisenberg en el
establecimiento de las
bases de la mecánica
cuántica.
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Heisenberg, Born y Jordan
Born, Jordan y Heisenberg publicaron en 1926 una
versión diferente de la mecánica cuántica basada
en el álgebra de matrices que luego se demostraría
equivalente a la versión de Schrödinger.
Ese mismo año, Pauli aplica la mecánica matricial
al átomo de hidrógeno, y un año después publica
su propia versión.
Poco después, Born asignó una interpretación
probabilística a ψ*ψ, inventando así el concepto
de orbital.
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Werner Karl Heisenberg
La consecuencia más llamativa de la mecánica
matricial la publica Heisenberg un año después: el
principio de incertidumbre.
x·ph/4
Consecuencias del principio de incertidumbre:
• Limitación a la mente humana.
• El universo es más complejo de lo que se suponía
pero no irracional.
• Puesta en cuestión del principio de causalidad.
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Enrico Fermi
Roma (Italia), 1901Ghicago (USA), 1954
Nobel de Física 1938
“por la investigación
de la radiactividad
artificial”
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Enrico Fermi
Junto a Dirac, desarrolla la estadística de FermiDirac en 1926, aplicable a las partículas de spin
semientero (fermiones), y que explica su
comportamiento, diferente al de los bosones.
Un año después, Sommerfeld aplicaría con éxito
esta estadística a los electrones de los metales.
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Paul Adrien Maurice Dirac
Bristol, (UK), 1902Florida, (USA), 1984.
Nobel de Física 1933
“por su nueva teoría
atómica”.
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Paul Adrien Maurice Dirac
Junto a Fermi describió el comportamiento de los
fermiones en 1926.
Luego, en 1928, modificó la ecuación de Schrödinger
para incorporar aspectos relativistas, deduciendo de
su ecuación la existencia del spin del electrón sin
introducirlo a posteriori y prediciendo la existencia de
partículas idénticas al electrón, pero de carga positiva:
los positrones, el primer tipo de antimateria.
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Algunas citas…
“No me gusta, y siento haber tenido alguna vez que
ver con ello”, Schrödinger
“Nada es real”, de Strawberry Fields Forever, The
Beatles.
“Todo aquel que no queda fuertemente impresionado
por la teoría cuántica es porque no la ha entendido”,
Bohr.
“Toda ciencia es, bien física o bien filatelia”,
Rutherford.
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El Universo Cuántico
La Mecánica Cuántica nos enseña que no hay más
realidad que nuestras observaciones, y por lo tanto,
desde ese punto de vista, el Universo lo creamos
nosotros al observarlo.
No es descabellado argumentar que sólo existe este
Universo porque hay seres inteligentes (o no tanto)
que lo observan.
Desconcertante y fascinante a la vez, ¿verdad?
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