proyecto de física cuántica

PROYECTO DE FÍSICA CUÁNTICA
FELIX BARAHONA
JUAN CARLOS ESTRADA
JOSÉ LUCIANO CASTAÑEDA
PRESENTADO A: JAVIER BOBADILLA
ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
VIII SEMESTRE
FÍSICA MODERNA
2014
Titulo
Cuantigiando
Objetivos
-
Investigar lo relacionado con física cuántica para tener las bases suficientes y así
realizar las entrevistas al público común.
-
Indagar sobre el concepto de física cuántica que manejan las personas de nuestro
alrededor.
-
Producir un video final donde se evidencié el concepto que manejan las personas
sobre física cuántica y el resultado del proyecto.
Antecedentes
Comenzando con la historia de la física cuántica es una historia que comienza con varios
descubrimientos diferentes: en 1838 comienza con el descubrimiento por parte de Michael
Faraday de los rayos catódicos; descubrimientos varios de radiación por parte de Gustav
Kirchoff; unas teorías de 1877 de Ludwig Boltzmann relativas al sistema físico de los estados
de energía, finalizando con la hipótesis de Max Planck de 1900 en la cual postulaba que los
sistemas atómicos que irradian energía pueden ser divididos en varios elementos de energía.
Luego, uno de los científicos más prolíferos de la historia, Albert Einstein, continuó en 1905
con los efectos reportados por Hertz en 1887, los cuales eran consistentes con los hallazgos
de Max Planck, de que la luz en sí misma está hecha de partículas cuánticas individuales, los
cuales recibieron el nombre de "fotón" en 1826.
La frase "física cuántica" (en inglés, quantum mechanics) fue acuñada por Max Born y
utilizada por primera vez en 1924. Luego, en los años consiguientes, esta base teórica fue
aplicada en otras áreas del estudio de las ciencias.
Pasando toda la información un poco más en limpio: Ludwing Boltzmann fue uno de los
fundadores de la teoría de la física cuántica, ya que en 1877 sugirió que los niveles de energía
de un sistema físico podrían ser discretos; todas sus teorías fueron luego confirmadas
matemáticamente, así como lo fueron las teorías forjadas por el alemán Max Planck en 1900.
Luego de las teorías confirmadas por parte de Max Planck, el científico que siguió
investigando fue Stefan Procopiu desde 1911 hasta 1913, así como también lo hizo Niels Bohr
en el mismo año, y calcularon el momento magnético del electrón, que luego fue llamado
magnetón. Luego, Heisenberg formuló un nuevo principio en 1927, al mismo tiempo que otros
científicos hacían lo propio alrededor de Europa y Estados Unidos.
Recién en 1927 hubo intentos de aplicar los principios de la física cuántica a diferentes
campos más allá de partículas simples.
En la actualidad universal, son varios los nombres de físicos, profesores y científicos que
registran en las páginas y textos dedicados ampliar la información respecto a la física
cuántica y sus grandes logros, aunque poco mencionados en los medios, que van
desde la teoría de la información cuántica hasta el comprobar una interferencia cuántica
entre macromoléculas. Entre los nombres más destacados se encuentran:
Guifré Vidal físico español, Benjamin Schumacher un físico teórico estadounidense, Paul
Charles William Davies físico, escritor y locutor británico, Gerald Stanford Guralnik rector
de física en
la Universidad
Brown,
John
Moffat profesor
emérito de física en
la
Universidad de Toronto. También es profesor adjunto de física en la Universidad de
Waterloo y
miembro
del Instituto
Perimeter
de
Física
Teórica,
Anton
Zeilinger (Ried/Innkreis, Austria, 20 de mayo de 1945) físico teórico y experimental y
Sonia Fernández-Vidal Doctora en Óptica e Información Cuántica por la Universidad
Autónoma de Barcelona.
La física cuántica en nuestro país, aparte de saber de un personaje colombiano que tiene
un doctorado en esta rama, Rubén Guerrero y quien obtuvo el premio en el marco del 53
Simposio Sanibel (celebrado por la Universidad de la Florida, en Georgia, Estados
Unidos) por los resultados de su investigación en el área de control de la dinámica
cuántica, para la gente del común tal vez no es un tema muy conocido dado que son
escasas las noticias y personas que practiquen está rama, más en un país donde la
mayor atención es por obtener dinero, y las oportunidades de estudio son enfocadas
hacia otro tipo de áreas más laborales, técnicas que pensantes e investigativas como lo
requiere la física cuántica.
Por lo anterior, la idea inicial es indagar a las personas de nuestro alrededor, de diferentes
profesiones, áreas para establecer en que concepto se encuentra este tema principal de
interés en el proyecto, y como lo indica el título, cuantigiando, haciendo una especie de
mezcla entre los conceptos de cuántica y contagiar, refiriendo éste último a contagiar a la
gente con el fenómeno de la física cuántica y lo que ésta conlleva.
Marco Teórico
Cuántico es un adjetivo que se utiliza en el campo de la física. El concepto se refiere a lo
vinculado con unos ciertos saltos de la energía al emitir o absorber radiación, que se
conocen como cuantos.
Esta rama del conocimiento se especializa en el análisis de la energía y de la materia,
centrándose en cómo se comportan bajo diferentes entornos y situaciones. De acuerdo a
la teoría cuántica, todos los sistemas albergan diferentes estados físicos que pueden
describirse a partir de ecuaciones. Estos estados se conocen como estados cuánticos.
Los estudios de las partículas elementales, del núcleo del átomo y del átomo en general
forman parte del alcance de la física cuántica, cuyos descubrimientos se aplican en
la electrónica y en otros ámbitos.
Es importante destacar que, en la actualidad, la ciencia de la física se basa principalmente
en la teoría cuántica y en la teoría de la relatividad general. El propio Albert Einstein, sin
embargo, se mostró en desacuerdo con diversos postulados de la física cuántica. Una de
las diferencias marcadas por los especialistas que Einstein tuvo respecto a la teoría
cuántica es que, para el padre de la teoría de la relatividad general, una partícula
subatómica no está en condiciones de ocupar más de un espacio de manera simultánea.
Básicamente está ciencia estudia el comportamiento de la materia cuando las
dimensiones de ésta son tan pequeñas que empiezan a notarse extraños efectos como la
imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula o simultáneamente su
posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula.
Dos de los pilares de esta teoría son: primero que las partículas intercambian energía en
múltiplos enteros de una cantidad mínima posible (quantum de energía) y segundo que la
posición de las partículas viene definida por una función que describe la probabilidad de
que dicha partícula se halle en tal posición en ese instante.
Los avances de la Teoría Cuántica permitieron aplicaciones en distintos ámbitos como la
electrónica (transistores, microprocesadores y componentes electrónicos), en la física de
nuevos materiales, (semiconductores y superconductores), en la física de altas energías,
en la criptografía y la computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo
temprano.
En la medicina, la teoría cuántica es utilizada en campos tan diversos como la cirugía
láser, o la exploración radiológica.
En resumen la Teoría Cuántica nos habla de que cualquier suceso posee una
probabilidad de que suceda, como el hecho de que al patear una pelota ésta se escape
de la atmósfera terrestre y viaje por el espacio. Si bien la probabilidad de que esto
sucediese sería infinitamente pequeña, podría ocurrir perfectamente.
El mundo moderno de la física se funda notablemente en dos teorías principales, la
relatividad general y la mecánica cuántica, aunque ambas teorías parecen contradecirse
mutuamente.
Los postulados que definen la teoría de la relatividad de Einstein y la teoría del quantum
están incuestionablemente apoyados por rigurosa y repetida evidencia empírica. Sin
embargo, ambas se resisten, por el momento, a ser incorporadas dentro de un mismo
modelo coherente.
Aplicación de la física cuántica
Aunque no lo parezca la mayoría de los dispositivos, objetos que utilizamos y vemos en
nuestro día a día están basados en algún principio o fenómeno de la física cuántica, por
ejemplo el funcionamiento del láser se basa en la mecánica cuántica y se utilizan en
reproductores de cd y dvd, escáneres de códigos de barras utilizados en los centros
comerciales, herramientas de corte y soldadura utilizadas en la industria o bisturíes de
láser utilizados en el campo de la medicina.
El desarrollo de los transistores, elemento fundamental de todos los microprocesadores
que utilizan todos los aparatos electrónicos como un ordenador, el desarrollo de los
relojes atómicos con alta precisión así como los termómetros ultra precisos son entre
otros ejemplos donde la mecánica cuántica ha desempeñado un papel fundamental en su
desarrollo.
Las placas solares, detectores de movimiento, sistemas de control de calidad automáticos
en líneas de producción continúas como detección de productos rotos y defectuosos,
envases vacíos u otros, sistemas de alarmas contraincendios o incluso para la medición
de las estrellas lejanas al planeta tierra basan su funcionamiento en el efecto fotoeléctrico
explicado gracias a la física cuántica.
Otro de los ejemplos que se aplica la mecánica cuántica son las memorias USB que
utilizamos en los ordenadores. Estas pequeñas memorias flash capaces de almacenar
cantidades ingentes de información utilizan el efecto túnel para proceder al borrado de las
diversas celdas que las componen de tal forma que podamos reutilizarlo tantas veces
como queramos.
En el futuro próximo se puede esperar el desarrollo de ordenadores cuánticos con una
potencia de cálculo ilimitado, gracias a éstos podremos predecir con gran exactitud el
comportamiento del clima a largo plazo, diseñar fármacos y medicinas a nivel molecular
con propiedades altamente curativas o podremos simular a la perfección fenómenos
naturales altamente complejos como la formación de las galaxias.
Por otro lado en un futuro muy próximo se cree que se pueda dar el llamado Internet
cuántico donde las comunicaciones serán totalmente seguras e instantáneas, en cuestión
de milisegundos podremos descargar millones de Mb de información y donde la
criptografía cuántica harán un Internet totalmente seguro.
Desarrollo del proyecto
El objetivo principal es realizar y producir un video en el cual se pueda evidenciar la
reacción y opinión de la gente con respecto a un tema tan poco común en la sociedad
colombiana como lo es el de la física cuántica.
La idea es que en los sitios aledaños a la universidad se pueda realizar una entrevista de
la cual quede registro en video, donde se mencionaran preguntas relacionadas con el
tema en cuestión, para escuchar lo que las personas del común como
estudiantes,
profesores, amas de casa etc., opinan al respecto; y generar una conclusión final sobre
cómo y cuál es el manejo de esta información en los ciudadanos para de esta manera
establecer la importancia y clasificación del tema como también el generar ese tipo de
duda en el subconsciente o conocimientos de los entrevistados y por qué no, que ellos
mismos ejecuten una consulta e investigación sobre la física cuántica.
Este es un proyecto que se estima su ejecución en corto plazo, dado que al final del
semestre el grupo de trabajo desea dar a conocer el producto final para observarlo con
compañeros e instructor de la clase de física moderna y hacerse una idea de que tan
objetivo o tan desproporcionado se encuentra el concepto de cuántico, por ello el título del
proyecto cuantigiando: de cuántico y contagiando.
Conclusiones
-
Los seres vivos incluyendo el ser humano, hacemos parte de esos paquetes de
energía cuántica que hay en el mundo.
-
En nuestro país existe un mínimo manejo sobre el concepto de física cuántica a
nivel estudiantil, donde la práctica académica no vislumbra en todo su contenido el
tema tratado.
-
Existe un lenguaje universal entorno a la física cuántica y todo aquello que se
desprende sobre los cuantos y las grandes ventajas que proporcionaría a la
humanidad y la tecnología, pero es un lenguaje limitado en Colombia donde unos
pocos entienden y comprenden el tema y los demás solo se enfocan hacia la física
clásica.
-
Hay un conocimiento muy disperso o muy focalizado sobre el tema de física
cuántica, lo que quiere decir que dependiendo del conocimiento de la persona o su
experiencia profesional con el tema, y quien se atreve a aproximarse al concepto,
sólo menciona las moléculas y la energía, mientras los demás emiten conceptos
de un lado u otro sin observar que hasta en el uso de elementos electrónicos
comunes del diario vivir se encuentra inmersa la cuanticidad.
-
Es un tema que tiene bastante relación con la investigación, el análisis, pruebas,
ensayo y error, etc., donde la academia nacional se queda corta como apoyo y
única estructura en la ampliación de todo aquello que implica esta ciencia. Quien
quisiera profundizar y dominar el tema, se hace casi obligatorio, llegar al exterior
para aprender de ese lenguaje presente en todo el universo y también muy
complejo para la mayoría.
Referencias Bibliográficas
-
Wikipedia, enciclopedia libre, 14 marzo 2013, Físicos cuánticos [en línea],
disponible en http://es.wikipedia.org.
-
Matias Dominguez, Jul 26, 2011, física cuántica [en línea], disponible en
http://www.ojocientifico.com.
-
A.P. French – Edwin Taylor, Introducción a la física cuántica, Editorial Reverté,
2003, páginas 1 a 10.