La física cuántica. ¿Tendremos alguna vez una "teoría del todo"? física cuántica teoría del todo
Este texto presenta nuevos resultados en el campo de la neurología y la solución de muchos problemas no resueltos en física. No trata cuestiones de metafísica y se basa en datos científicamente comprobables, pero toca temas filosóficos relacionados con la vida, la muerte y el origen del universo.
Dada la estratificación y la saturación de la información, puede ser necesario leerla varias veces para comprender, a pesar de nuestros esfuerzos, para simplificar conceptos científicos complejos.
Capítulo 1
Dios está en las neuronas
El cerebro humano es una red de aproximadamente cien mil millones de neuronas. Diferentes sensaciones forman conexiones neuronales que reproducen diferentes emociones. Dependiendo de la estimulación de las neuronas, algunas conexiones se vuelven más fuertes y efectivas, mientras que otras se debilitan. Se llama neuroplasticidad.
Un estudiante de música crea conexiones neuronales más fuertes entre los dos hemisferios del cerebro para desarrollar la creatividad musical. Casi cualquier talento o habilidad se puede desarrollar a través del entrenamiento.
Rudiger Gamm se consideraba a sí mismo un estudiante sin esperanza y ni siquiera podía hacer frente a las matemáticas elementales. Comenzó a desarrollar sus habilidades y se convirtió en un calculador humano, capaz de realizar cálculos extremadamente complejos. La racionalidad y la estabilidad emocional funcionan de la misma manera. Las conexiones nerviosas se pueden fortalecer.
Cuando haces algo, estás cambiando físicamente tu cerebro para lograr mejores resultados. Dado que es el mecanismo principal y básico del cerebro, la autoconciencia puede enriquecer enormemente nuestra experiencia de vida.
neurociencia social
Neuronas especiales y neurotransmisores como la norepinefrina activan un mecanismo de defensa cuando sentimos que nuestros pensamientos necesitan ser protegidos de las influencias externas. Si la opinión de alguien difiere de la nuestra, entran en el cerebro las mismas sustancias químicas que aseguran nuestra supervivencia en situaciones peligrosas.
En este estado protector, más parte primitiva del cerebro interfiere con el pensamiento racional, y sistema límbico puede bloquear nuestra memoria de trabajo, causando físicamente "limitaciones de pensamiento".
Esto se puede ver cuando se intimida, o cuando se juega al póquer, o cuando alguien es obstinado en una discusión.
Por muy valiosa que sea la idea, en este estado el cerebro no es capaz de procesarla. A nivel neuronal, lo percibe como una amenaza, incluso si se trata de opiniones o hechos inofensivos con los que de otro modo estaríamos de acuerdo.
Pero cuando nos expresamos y apreciamos nuestras opiniones, el nivel de sustancias protectoras en el cerebro disminuye y la transferencia de dopamina activa las neuronas de recompensa, y sentimos nuestra fuerza y confianza. Nuestras creencias afectan significativamente la química de nuestro cuerpo. En esto se basa el efecto placebo. La autoestima y la confianza en uno mismo están vinculadas al neurotransmisor serotonina.
La deficiencia severa a menudo conduce a la depresión, al comportamiento autodestructivo e incluso al suicidio. Cuando la sociedad nos aprecia, aumenta los niveles de dopamina y serotonina en el cerebro y nos permite liberar la fijación emocional y aumentar nuestro nivel de autoconciencia.
Neuronas espejo y conciencia
La psicología social a menudo aborda la necesidad humana básica de "encontrar el lugar de uno" y lo llama "influencia social normativa". A medida que envejecemos, nuestra brújula moral y ética está formada casi por completo por nuestro entorno externo. Por lo tanto, nuestras acciones a menudo se basan en cómo la sociedad nos evalúa.
Pero los nuevos hallazgos en neurociencia nos están dando una comprensión más clara de la cultura y la individualidad. Nuevas investigaciones neurológicas han confirmado la existencia de neuronas espejo empáticas.
Cuando experimentamos emociones o realizamos acciones, ciertas neuronas se disparan. Pero cuando vemos que alguien más lo hace o lo imaginamos, muchas de las mismas neuronas se disparan como si lo estuviéramos haciendo nosotros mismos. Estas neuronas empáticas nos conectan con otras personas y nos permiten sentir lo que sienten los demás.
Dado que estas mismas neuronas responden a nuestra imaginación, recibimos retroalimentación emocional de ellas de la misma manera que de otra persona. Este sistema nos da la posibilidad de la introspección.
Las neuronas espejo no discriminan entre ellas y los demás. Por lo tanto, somos tan dependientes de la evaluación de los demás y del deseo de cumplir.
Estamos constantemente sujetos a la dualidad entre cómo nos vemos a nosotros mismos y cómo nos perciben los demás. Puede interferir con nuestra individualidad y autoestima.
Los escáneres cerebrales muestran que experimentamos estas emociones negativas incluso antes de que seamos conscientes de ellas. Pero cuando somos conscientes de nosotros mismos, podemos cambiar las emociones equivocadas porque podemos controlar los pensamientos que las provocan.
Esta es una consecuencia neuroquímica de cómo se desvanecen los recuerdos y cómo se restauran a través de la síntesis de proteínas.
La introspección afecta en gran medida el funcionamiento del cerebro, activa áreas neocorticales de autorregulación que nos permiten controlar claramente nuestros propios sentimientos. Cada vez que hacemos esto, nuestra racionalidad y estabilidad emocional se ven reforzadas. Sin autocontrol, la mayoría de nuestros pensamientos y acciones son impulsivos, y el hecho de que reaccionamos al azar y no hacemos una elección consciente,
instintivamente nos molesta.
Para eliminar esto, el cerebro busca justificar nuestro comportamiento y reescribe físicamente los recuerdos a través de la reconsolidación de la memoria, haciéndonos creer que teníamos el control de nuestras acciones. Esto se llama racionalización retrospectiva, que deja sin resolver la mayoría de nuestras emociones negativas y pueden estallar en cualquier momento. Alimentan el malestar interior mientras el cerebro sigue justificando nuestro comportamiento irracional. Todo este comportamiento complejo y casi esquizofrénico del subconsciente es el trabajo de vastos sistemas distribuidos en paralelo en nuestro cerebro.
La conciencia no tiene un centro definido. La unidad aparente se debe al hecho de que cada circuito individual se activa y se manifiesta en un momento particular en el tiempo. Nuestra experiencia está cambiando constantemente nuestras conexiones neuronales, cambiando físicamente el sistema paralelo de nuestra conciencia. Intervenir directamente en esto puede tener efectos surrealistas, lo que plantea la pregunta de qué es la conciencia y dónde se encuentra.
Si el hemisferio izquierdo del cerebro se separa del hemisferio derecho, como en el caso de los pacientes que han sufrido una división cerebral, conservará la capacidad de hablar y pensar con la ayuda del hemisferio izquierdo, mientras que las capacidades cognitivas del hemisferio derecho estará severamente limitado. El hemisferio izquierdo no sufrirá la ausencia del derecho, aunque esto cambiará seriamente tu percepción.
Por ejemplo, no podrá describir el lado derecho de la cara de alguien, pero lo notará, no lo verá como un problema y ni siquiera se dará cuenta de que algo ha cambiado. Dado que esto afecta no solo su percepción del mundo real, sino también sus imágenes mentales, no se trata solo de un problema de percepción, sino de un cambio fundamental en la conciencia.
Dios está en las neuronas
Cada neurona tiene un voltaje eléctrico que cambia cuando los iones
entrar o salir de la celda. Cuando el voltaje alcanza cierto nivel, la neurona envía una señal eléctrica a otras células, donde se repite el proceso.
Cuando muchas neuronas emiten una señal al mismo tiempo, podemos medirla como una onda.
Las ondas cerebrales son responsables de casi todo lo que sucede en nuestro cerebro, incluida la memoria, la atención e incluso la inteligencia.
Las oscilaciones de diferentes frecuencias se clasifican como ondas alfa, beta y gamma. Cada tipo de ola está asociado con diferentes tareas. Las ondas permiten que las células cerebrales se sintonicen con la frecuencia apropiada para la tarea, ignorando las señales extrañas.
Al igual que una radio sintoniza una estación de radio. La transferencia de información entre neuronas se vuelve óptima cuando su actividad está sincronizada.
Por eso experimentamos disonancia cognitiva: irritación causada por dos ideas incompatibles. La voluntad es el deseo de reducir la disonancia entre cada uno de los circuitos neuronales activos.
La evolución puede verse como el mismo proceso donde la naturaleza trata de adaptarse, es decir, "resonar" con el medio ambiente. Entonces se desarrolló hasta el nivel en el que ganó conciencia de sí misma y comenzó a pensar en su propia existencia.
Cuando una persona se enfrenta a la paradoja de luchar por un objetivo y pensar que la existencia no tiene sentido, se produce una disonancia cognitiva.
Por lo tanto, muchas personas recurren a la espiritualidad y la religión, rechazando la ciencia, que no es capaz de responder a las preguntas existenciales: ¿quién soy yo? y para que sirvo
YO...
“Las neuronas espejo no discriminan entre ellas y los demás. „
El hemisferio izquierdo es en gran parte responsable de crear un sistema de creencias coherente que mantiene un sentido de continuidad en nuestras vidas.
La nueva experiencia se compara con el sistema de creencias existente y, si no encaja en él, simplemente se rechaza. El equilibrio lo juega el hemisferio derecho del cerebro, que juega el papel opuesto.
Mientras que el hemisferio izquierdo se esfuerza por mantener el patrón, el hemisferio derecho continuamente
cuestiona el statu quo. Si las discrepancias son demasiado grandes, el hemisferio derecho nos obliga a reconsiderar nuestra visión del mundo. Pero si nuestras creencias son demasiado fuertes, es posible que el lado derecho del cerebro no supere nuestro rechazo. Esto puede crear una gran dificultad para reflejar a los demás.
Cuando las conexiones neuronales que determinan nuestras creencias no están desarrolladas o activas, nuestra conciencia, la unidad de todos los circuitos activos, se llena de actividad de neuronas espejo, al igual que cuando tenemos hambre, nuestra conciencia se llena de procesos neuronales asociados con la nutrición.
Este no es el resultado de que el "yo" central emita órdenes a diferentes áreas del cerebro.
Todas las partes del cerebro pueden estar activas o inactivas e interactuar sin un núcleo central. Así como los píxeles en una pantalla pueden formar una imagen reconocible, un grupo de interacciones neuronales puede expresarse como conciencia.
En todo momento somos una imagen diferente. Cuando reflejamos a los demás, cuando tenemos hambre, cuando vemos esta película. Cada segundo nos convertimos en una persona diferente, pasando por diferentes estados.
Cuando nos miramos a través de las neuronas espejo, creamos la idea de individualidad.
Pero cuando hacemos esto con entendimiento científico, vemos algo completamente diferente.
Las interacciones neuronales que crean nuestra conciencia se extienden mucho más allá de nuestras neuronas. Somos el resultado de interacciones electroquímicas entre los hemisferios del cerebro y nuestros sentidos, conectando nuestras neuronas con otras neuronas de nuestro entorno. No hay nada externo. Esta no es una filosofía hipotética, esta es la propiedad básica de las neuronas espejo que nos permite entendernos a nosotros mismos a través de los demás.
Considerar esta actividad neuronal como propia, con exclusión del entorno, sería un error. La evolución también refleja nuestro lado del superorganismo, donde nuestra supervivencia, como primates, dependía de habilidades colectivas.
Con el tiempo, las regiones neocorticales han evolucionado para permitir el cambio instintivo y la supresión de los impulsos hedonistas en beneficio del grupo. Nuestros genes comenzaron a desarrollar un comportamiento social mutuo en las estructuras de un superorganismo, abandonando así la idea de "supervivencia del más apto".
El cerebro funciona de manera más eficiente cuando no hay disonancia entre las áreas avanzadas del cerebro y las más antiguas y primitivas. Lo que llamamos "tendencias egoístas" es solo una interpretación limitada del comportamiento egoísta, cuando las características de una persona son percibidas a través de un paradigma incorrecto de individualidad...
… en lugar de una visión científica de quiénes somos, una imagen instantánea y en constante cambio
un todo único sin centro.
La consecuencia psicológica de este sistema de creencias es la autoconciencia sin referencia al "yo" imaginario, lo que conduce a una mayor claridad mental, conciencia social, autocontrol y lo que a menudo se denomina "estar aquí y ahora".
Existe la opinión de que necesitamos la historia, una visión cronológica de nuestras vidas, para formar valores morales.
Pero nuestra comprensión actual de la naturaleza empática y social del cerebro muestra que una visión puramente científica, sin referencia a la individualidad y la "historia", proporciona un sistema de conceptos mucho más preciso, constructivo y ético que nuestros valores dispares.
Esto es lógico porque nuestra tendencia normal a definirnos como un individuo imaginario constante conduce al cerebro a trastornos cognitivos como los estereotipos intrusivos y la necesidad de establecer expectativas.
El deseo de clasificar se encuentra en el corazón de todas nuestras formas de interacción. Pero al clasificar el ego como interno y el entorno como externo, limitamos nuestros propios procesos neuroquímicos y experimentamos una aparente sensación de desconexión.
El crecimiento personal y sus efectos secundarios como la felicidad y la satisfacción se estimulan cuando no somos estereotipados en nuestras interacciones.
Podemos tener puntos de vista diferentes y estar en desacuerdo unos con otros, pero las interacciones que nos aceptan como somos sin juzgarnos se convierten en catalizadores neuropsicológicos que estimulan el cerebro.
aceptar a los demás y aceptar sistemas de creencias racionalmente demostrables sin disonancia cognitiva.
Estimular esta actividad e interacción neuronal libera la necesidad de distracciones y entretenimiento y crea ciclos de comportamiento constructivo en nuestro entorno. Los sociólogos han descubierto que fenómenos como fumar y comer en exceso, las emociones y las ideas se distribuyen en la sociedad de la misma manera que se transmiten las señales eléctricas de las neuronas cuando su actividad está sincronizada.
Somos una red global de reacciones neuroquímicas. Un ciclo autoevolutivo de aprecio y reconocimiento, sostenido por decisiones diarias, es la reacción en cadena que finalmente determina nuestra capacidad colectiva para superar divisiones aparentes y mirar la vida en su estructura universal.
Capitulo 2
estructura universal
Durante la investigación de Chiren, hice una revisión simple pero completa de sus resultados actuales.
Esta es una de las interpretaciones de la obra de unificación la física cuántica y la teoría de la relatividad.
Este tema es complejo y puede ser difícil de entender. También contiene algunas conclusiones filosóficas que serán abordadas en el epílogo.
Durante el siglo pasado, ha habido muchos logros sorprendentes que han llevado a un cambio en el sistema científico de comprensión del mundo. La teoría de la relatividad de Einstein mostró que el tiempo y el espacio forman un solo tejido. PERO niels bohr reveló los componentes básicos de la materia, gracias a la física cuántica, un campo que existe solo como una "descripción física abstracta".
Después de eso, Louis de Broglie descubrió que toda la materia, no sólo los fotones y los electrones, tiene una relación cuántica dualidad onda-partícula . Estos llevaron al surgimiento de nuevas escuelas de pensamiento sobre la naturaleza de la realidad, así como teorías metafísicas y pseudocientíficas populares.
Por ejemplo, que la mente humana puede controlar el universo a través del pensamiento positivo. Estas teorías son atractivas, pero no son verificables y pueden obstaculizar el progreso científico.
Las leyes de la relatividad especial y general de Einstein se utilizan en la tecnología moderna, como los satélites GPS, donde la precisión de los cálculos puede desviarse en más de 10 km por día, si no se tienen en cuenta efectos como la dilatación del tiempo. Es decir, para un reloj en movimiento, el tiempo pasa más lento que para uno estacionario.
Otros efectos de la relatividad son la contracción de la longitud de los objetos en movimiento y la relatividad de la simultaneidad, que hace imposible decir con certeza que dos eventos ocurren al mismo tiempo si están separados en el espacio.
Nada se mueve más rápido que la velocidad de la luz. Esto significa que si se empuja hacia adelante un tubo de 10 segundos luz de largo, transcurrirán 10 segundos antes de que la acción ocurra en el otro lado. Sin un intervalo de tiempo de 10 segundos, la tubería no existe en su totalidad.
El punto no está en las limitaciones de nuestras observaciones, sino en una consecuencia directa de la teoría de la relatividad, donde el tiempo y el espacio están interconectados, y uno no puede existir sin el otro.
La física cuántica proporciona una descripción matemática de muchos aspectos de la dualidad onda-partícula y la interacción de la energía y la materia. Se diferencia de la física clásica principalmente en el nivel atómico y subatómico. Estas formulaciones matemáticas son abstractas y sus deducciones a menudo no son intuitivas.
Un cuanto es la unidad más pequeña de cualquier entidad física involucrada en una interacción. Partículas elementales son los componentes básicos del universo. Estas son las partículas que forman todas las demás partículas. En la física clásica, siempre podemos dividir un objeto en partes más pequeñas; en la física cuántica, esto es imposible.
Por tanto, el mundo cuántico es un conjunto de fenómenos únicos e inexplicables según las leyes clásicas. Por ejemplo, entrelazamiento cuántico, efecto fotoeléctrico , dispersión Compton y mucho más.
El mundo cuántico tiene muchas interpretaciones inusuales. Entre las más reconocidas se encuentran la Interpretación de Copenhague y la Interpretación de muchos mundos. Actualmente, las interpretaciones alternativas como el "universo holográfico" están ganando impulso.
ecuaciones de de Broglie
Aunque la física cuántica y las leyes de la relatividad de Einstein son igualmente esenciales para la comprensión científica del universo, hay muchos problemas científicos sin resolver y todavía no hay una teoría unificadora.
Algunas de las preguntas actuales son: ¿Por qué hay más materia observable en el universo que antimateria? ¿Cuál es la naturaleza del eje del tiempo? ¿Cuál es el origen de la masa?
Una de las pistas más importantes para estos problemas son las ecuaciones de de Broglie, por las que recibió el Premio Nobel de Física.
Esta fórmula muestra que toda la materia tiene dualismo de ondas corpusculares, es decir, en algunos casos se comporta como una onda y en otros, como una partícula. La fórmula combina la ecuación de Einstein E = mc^2 con la naturaleza cuántica de la energía.
La evidencia experimental incluye la interferencia de moléculas de fullereno C60 en el experimento de doble rendija. El hecho de que nuestra propia conciencia esté formada por partículas cuánticas es objeto de numerosas teorías místicas.
Y aunque la relación entre la mecánica cuántica y la conciencia no es tan mágica como afirman las películas y los libros esotéricos, las implicaciones son bastante serias.
Dado que las ecuaciones de de Broglie se aplican a toda la materia, podemos decir que C = hf, donde C es la conciencia, h es la constante de Planck y f es la frecuencia. "C" es responsable de lo que percibimos como "ahora", cuántico, es decir , la unidad mínima de interacción.
La suma de todos los momentos "C" hasta el momento actual es lo que da forma a nuestra visión de la vida. Esta no es una declaración filosófica o teórica, sino una consecuencia directa de la naturaleza cuántica de toda materia y energía.
La fórmula muestra que la vida y la muerte son agregados abstractos "C".
Otra consecuencia de las ecuaciones de de Broglie es que la tasa de oscilación de la materia o la energía y su comportamiento como onda o partícula depende de la frecuencia del marco de referencia.
Los aumentos de frecuencia debidos a la velocidad se correlacionan con otros y dan lugar a fenómenos como la dilatación del tiempo.
La razón de esto es que la percepción del tiempo no cambia en relación con el marco de referencia, donde el espacio y el tiempo son propiedades de los cuantos, y no al revés.
Antimateria y tiempo imperturbable
El Gran Colisionador de Hadrones. Suiza
Las antipartículas se crean en todas partes del universo donde tienen lugar colisiones de alta energía entre partículas. Este proceso se modela artificialmente en aceleradores de partículas.
Al mismo tiempo que se crea la materia, también se crea la antimateria. Por lo tanto, la falta de antimateria en el universo sigue siendo uno de los mayores problemas sin resolver de la física.
Al atrapar antipartículas en campos electromagnéticos, podemos explorar sus propiedades. Los estados cuánticos de partículas y antipartículas son mutuamente intercambiables si se les aplican los operadores de conjugación de carga ©, paridad (P) e inversión de tiempo (T).
Es decir, si un físico, que consiste en antimateria, realiza experimentos en un laboratorio, también de antimateria, utilizando compuestos químicos y sustancias que consisten en antipartículas, obtendrá exactamente los mismos resultados que su contraparte "real". Pero si se combinan, habrá una enorme liberación de energía proporcional a su masa.
Recientemente, Fermi Labs descubrió que los cuantos, como los mesones, se mueven de la materia a la antimateria y viceversa a una velocidad de tres billones de veces por segundo.
Considerando el universo en el marco de referencia cuántico "C", es necesario tener en cuenta todos los resultados experimentales aplicables a los cuantos. Incluyendo cómo se crean la materia y la antimateria en los aceleradores de partículas y cómo los mesones pasan de un estado a otro.
Para C, esto tiene serias implicaciones. Desde un punto de vista cuántico, cada instante de "C" tiene un anti-C. Esto explica la falta de simetría, es decir, antimateria, en el universo y también está relacionado con la elección arbitraria de emisor y absorbente en la teoría de absorción de Wheeler-Feynman.
El tiempo T imperturbado en el principio de incertidumbre es el tiempo o ciclo requerido para la existencia de cuantos.
Al igual que en el caso de los mesones, el límite de nuestra percepción personal del tiempo, es decir, el rango del momento actual, es la transición de "C" a "anti-C". Este momento de autoaniquilación y su interpretación de "C" se encierra en el marco del eje abstracto del tiempo.
Si definimos la interacción y consideramos las propiedades básicas de la dualidad onda-partícula del cuanto, todas las interacciones consisten en interferencia y resonancia.
Pero como esto no es suficiente para explicar las fuerzas fundamentales, se deben utilizar diferentes modelos. Esto incluye el Modelo Estándar, que media entre la dinámica de partículas subatómicas conocidas a través de portadores de fuerza, y la relatividad general, que describe fenómenos macroscópicos como órbitas planetarias que siguen una elipse en el espacio y espirales en el espacio-tiempo. Pero el modelo de Einstein no se aplica a nivel cuántico, y el modelo estándar necesita portadores de fuerza adicionales para explicar el origen de la masa. Combinando dos modelos o Teoría del todo
ha sido objeto de muchos estudios hasta ahora infructuosos.
teoría del todo
La mecánica cuántica son descripciones puramente matemáticas cuyas implicaciones prácticas a menudo contradicen la intuición. Los conceptos clásicos como longitud, tiempo, masa y energía se pueden describir de manera similar.
Con base en las ecuaciones de De Broglie, podemos reemplazar estos conceptos con vectores abstractos. Esta aproximación probabilística a los principales conceptos existentes en la física permite combinar la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad de Einstein.
Las ecuaciones de De Broglie muestran que todos los marcos de referencia son cuánticos, incluida toda la materia y la energía. Los aceleradores de partículas han demostrado que la materia y la antimateria siempre se crean al mismo tiempo.
La paradoja de cómo la realidad emerge de componentes abstractos que se anulan entre sí puede explicarse utilizando los cuantos como marco de referencia.
En pocas palabras, debemos mirar las cosas a través de los ojos de un fotón. El marco de referencia es siempre cuántico y determina cómo se cuantifica el espacio-tiempo.
Cuando un sistema "aumenta" o "disminuye", ocurre lo mismo con el espacio-tiempo. En mecánica cuántica, esto se describe matemáticamente como la amplitud de probabilidad de la función de onda, y en la teoría de Einstein, como dilatación del tiempo y contracción de la longitud.
Para un marco de referencia cuántico, la masa y la energía solo pueden definirse como probabilidades abstractas o, para ser más específicos y crear una base matemática, como vectores que solo existen cuando asumimos un eje de tiempo. Se pueden definir como interferencia o resonancia con un marco de referencia que define la unidad mínima o constante espacio-temporal "c", equivalente a la constante de Planck en mecánica cuántica.
Los experimentos muestran que la conversión de materia en energía a través de la antimateria genera rayos gamma con el momento opuesto. Lo que parece ser una transformación es una relación entre vectores opuestos, interpretados como distancia y tiempo, materia y antimateria, masa y energía, o interferencia y resonancia dentro del eje de tiempo abstracto "C".
La suma de los vectores opuestos siempre es cero. Esto es lo que provoca las leyes de simetría o conservación en la física, o por qué a la velocidad "c" el tiempo y el espacio son cero debido a la contracción de la longitud y la dilatación del tiempo. Una consecuencia de esto es el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, que establece que algunos pares de propiedades físicas, como la posición y el momento, no pueden conocerse simultáneamente con gran precisión.
En cierto sentido, una partícula individual es su propio campo. Esto no explica nuestro sentido de continuidad, donde "C" se destruye a sí mismo dentro de su propio rango requerido. Pero cuando estos vectores se impulsan o aceleran exponencialmente alrededor y dentro del eje del tiempo, los algoritmos matemáticos subyacentes que describen las fuerzas fundamentales pueden dar lugar a una realidad continua.
de componentes abstractos.
Por lo tanto, las ecuaciones del movimiento armónico se utilizan en muchas áreas de la física que se ocupan de los fenómenos periódicos, como la mecánica cuántica y la electrodinámica. Y así, el principio de equivalencia de Einstein, del cual se deriva el modelo del espacio-tiempo, establece que no hay diferencia entre la gravedad y la aceleración.
Porque la gravedad es una fuerza solo cuando se considera en un marco de referencia oscilante.
Esto se ilustra con la espiral logarítmica, que se reduce a una espiral helicoidal en el marco de referencia, lo que hace que los objetos giren y se muevan en órbitas. Por ejemplo, dos manzanas en crecimiento en un marco de referencia en crecimiento parecen atraerse entre sí, mientras que el tamaño parece ser el mismo.
Lo contrario ocurre con la interferencia. En pocas palabras, el aumento o disminución en el tamaño de los objetos a medida que nos acercamos o nos alejamos está determinado por el cambio en el marco de referencia, como una radio que sintoniza diferentes ondas para captar una estación de radio.
Esto también se aplica a la gravedad. De hecho, independientemente de cualquier marco de referencia, no hay fuerzas fundamentales. Todas las interacciones en nuestra continuidad abstracta pueden describirse matemáticamente en términos de interferencia y resonancia, si se tiene en cuenta la unidad o cuanto mínimo siempre cambiante y oscilante.
La prueba experimental incluye un efecto invisible en el Modelo Estándar donde vemos la acción de las fuerzas pero no los portadores de la fuerza.
superposición cuántica
La continuidad de la realidad no requiere que los cuantos tengan una secuencia en el tiempo. Un cuanto no es sujeto de ningún concepto de espacio y tiempo y puede ocupar simultáneamente todos sus estados cuánticos posibles. Esto se llama superposición cuántica y se demuestra, por ejemplo, en el experimento de la doble rendija o teletransportación cuántica, donde cada electrón del universo puede ser el mismo electrón. El único requisito para un eje de tiempo abstracto y una continuidad consistente de la realidad es un algoritmo para describir un modelo o una secuencia abstracta de vectores.
Dado que esta continuidad determina nuestra capacidad de autoconciencia, nos somete a sus consecuencias matemáticas: las leyes fundamentales de la física.
La interacción es solo una interpretación de un modelo abstracto. Es por eso que la mecánica cuántica solo da descripciones matemáticas: solo puede describir patrones dentro de infinitas probabilidades.
Cuando la probabilidad se expresa como "C", la información necesaria para describir el momento actual, o el rango probabilístico "C", también incorpora el eje del tiempo. La naturaleza del eje del tiempo es una de las mayores preguntas sin resolver de la física, lo que ha dado lugar a muchas interpretaciones populares nuevas.
Por ejemplo, el principio holográfico, parte de la gravedad cuántica y la teoría de cuerdas, sugiere que todo el universo puede verse como una estructura de información bidimensional.
Tiempo
Tradicionalmente asociamos el concepto de eje temporal con la secuencia de eventos que experimentamos a través de una secuencia de recuerdos a corto y largo plazo. Solo podemos tener recuerdos del pasado, no del futuro, y siempre hemos asumido que esto refleja el paso del tiempo.
Los científicos comenzaron a dudar de esta lógica solo cuando los descubrimientos en la mecánica cuántica demostraron que algunos fenómenos no están relacionados con nuestro concepto del tiempo, y que nuestro concepto del tiempo es solo una percepción de los cambios en los parámetros observables.
Esto también se refleja en la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud, que es una de las razones por las que Einstein estableció que el tiempo y el espacio son un solo tejido.
En un sentido absoluto, el concepto de tiempo no es diferente del concepto de distancia.
Los segundos son iguales a los segundos luz, pero se excluyen mutuamente. En pocas palabras: dado que la distancia y el tiempo son opuestos, el paso del tiempo puede interpretarse como la distancia recorrida por las manecillas de un reloj, ya que se mueven en la dirección opuesta del tiempo.
Mientras avanzan en la distancia, en realidad se están moviendo hacia atrás en lo que se llama tiempo. Es por eso que cada unidad mínima de experiencia es inmediatamente absorbida por el eterno ahora.
Esta interpretación elimina el desacuerdo entre el colapso de la función de onda y la decoherencia cuántica. Conceptos como "vida" y "muerte" son construcciones puramente intelectuales. Y cualquier razonamiento religioso sobre el más allá que tiene lugar en un mundo que no está sujeto a las leyes matemáticas de esta realidad también es ficticio.
Otra consecuencia importante es que la teoría del Big Bang, donde el universo se origina en un punto, es un malentendido. La visión tradicional del espacio-tiempo, donde el espacio es tridimensional y el tiempo juega el papel de la cuarta dimensión, es incorrecta. Si queremos estudiar el origen del universo, debemos mirar hacia adelante, ya que el vector de tiempo "C" es opuesto al vector de distancia desde el que percibimos el universo en expansión. Aunque este mapa temporal del universo dará solo conceptos abstractos sin tener en cuenta su base cuántica.
La evidencia experimental incluye la aceleración de la expansión del universo, así como la métrica inversa o regresiva de los agujeros negros y muchos problemas asociados con
con la teoría del Big Bang, por ejemplo, el problema del horizonte.
Consecuencias neurológicas
Estas inferencias pueden generar preguntas sobre el libre albedrío, ya que parece que en nuestra percepción del tiempo, la acción viene primero y luego la conciencia.
La mayor parte de la investigación que arroja luz sobre esta pregunta muestra que la acción realmente sucede antes de que se realice. Pero el punto de vista determinista se basa en un concepto erróneo del tiempo, como lo muestran las descripciones matemáticas de probabilidad en la mecánica cuántica.
Estas interpretaciones serán importantes para futuras investigaciones neurológicas, ya que muestran que cualquier circuito neuronal es un vector que determina la disonancia cognitiva y la interferencia o resonancia en "C". La capacidad de comprender y cambiar conscientemente estos vectores, adquirida a lo largo de miles de millones de años de evolución, confirma cuán importantes son nuestros sistemas de creencias para expandir nuestra conciencia y cómo afectan nuestra memoria de trabajo, que es responsable de nuestra capacidad para hacer conexiones y de los procesos neurales que forman el significado. También explica que la conciencia artificial requeriría una red
procesadores independientes, en lugar de una secuencia lineal de algoritmos complejos.
Interpretación limitada
Athene Unified Theory es una solución que combina la física cuántica y la relatividad. Aunque responde a muchas de las preguntas sobre física enumeradas aquí, esta es mi interpretación limitada de los primeros meses de su investigación.
Independientemente del resultado, está claro que hemos entrado en una era en la que la ciencia está abierta a todos. Y si mantenemos Internet accesible y neutral, podemos probar la validez de nuestras ideas, desarrollar nuestra imaginación creando nuevas relaciones y podemos continuar desarrollando nuestra comprensión.
universo y mente.
Epílogo
En mecánica cuántica, hemos aprendido a adoptar un enfoque diferente de la realidad y ver todo como probabilidades en lugar de certezas. En un sentido matemático, todo es posible.
Tanto en la ciencia como en nuestra vida diaria, nuestra capacidad para calcular o adivinar probabilidades está determinada por nuestra capacidad intelectual para reconocer patrones.
Cuanto más abiertos seamos, más claramente podremos ver estos patrones y basar nuestras acciones en una probabilidad razonable.
Dado que está en la naturaleza misma de nuestro hemisferio izquierdo rechazar ideas que no se ajustan a nuestros puntos de vista actuales, cuanto más apegados estamos a nuestras creencias, menos capaces somos de tomar decisiones conscientes por nosotros mismos. Pero al controlar este proceso, ampliamos nuestra autoconciencia y aumentamos nuestro libre albedrío.
Dicen que la sabiduría viene con la edad. Pero con apertura y escepticismo, principios científicos clave, no necesitamos décadas de prueba y error para determinar cuál de nuestras creencias podría estar equivocada.
La pregunta no es si nuestras creencias son verdaderas o no, sino si nuestro apego emocional a ellas hará bien o mal.
La libre elección no existe mientras estemos emocionalmente apegados a un sistema de creencias. Una vez que tengamos suficiente autoconciencia para comprender esto, podemos trabajar juntos para comprender las probabilidades de lo que realmente nos beneficiará más.
“El desarrollo de la mecánica cuántica ha sometido nuestros puntos de vista científicos clásicos a una crítica sin precedentes. La autoconciencia y la voluntad de revisar nuestras hipótesis, que la ciencia y la humanidad están constantemente probando, determinarán el grado en que alcancemos una comprensión más profunda de la mente y el universo.
Hay muchos lugares para comenzar esta discusión, y este es tan bueno como los otros: todo en nuestro universo tiene la naturaleza de partículas y ondas al mismo tiempo. Si uno pudiera decir sobre la magia de esta manera: "Todo esto son ondas, y solo ondas", sería una maravillosa descripción poética de la física cuántica. De hecho, todo en este universo tiene una naturaleza ondulatoria.
Por supuesto, también todo en el universo tiene la naturaleza de las partículas. Suena raro, pero lo es.
Describir objetos reales como partículas y ondas al mismo tiempo sería algo inexacto. En rigor, los objetos descritos por la física cuántica no son partículas y ondas, sino que pertenecen a la tercera categoría, que hereda las propiedades de las ondas (frecuencia y longitud de onda, junto con la propagación en el espacio) y algunas propiedades de las partículas (se pueden contar y localizado hasta cierto punto). Esto lleva a un animado debate en la comunidad física acerca de si es correcto hablar de la luz como una partícula; no porque haya una contradicción en si la luz tiene una naturaleza de partícula, sino porque llamar a los fotones "partículas" y no "excitaciones de un campo cuántico" es engañar a los estudiantes. Sin embargo, esto también se aplica a si los electrones pueden llamarse partículas, pero tales disputas permanecerán en círculos puramente académicos.
Esta "tercera" naturaleza de los objetos cuánticos se refleja en el lenguaje a veces confuso de los físicos que discuten los fenómenos cuánticos. El bosón de Higgs fue descubierto como una partícula en el Gran Colisionador de Hadrones, pero probablemente hayas escuchado la frase "campo de Higgs", algo tan deslocalizado que llena todo el espacio. Esto se debe a que bajo ciertas condiciones, como los experimentos de colisión de partículas, es más apropiado discutir las excitaciones del campo de Higgs que caracterizar la partícula, mientras que bajo otras condiciones, como las discusiones generales sobre por qué ciertas partículas tienen masa, es más apropiado discutir la física en términos de interacciones con el campo cuántico de proporciones universales. Son simplemente diferentes lenguajes que describen los mismos objetos matemáticos.
La física cuántica es discreta.
Todo en nombre de la física: la palabra "cuántica" proviene del latín "cuánto" y refleja el hecho de que los modelos cuánticos siempre incluyen algo que viene en cantidades discretas. La energía contenida en un campo cuántico viene en múltiplos de alguna energía fundamental. Para la luz, esto está asociado con la frecuencia y la longitud de onda de la luz: la luz de alta frecuencia y longitud de onda corta tiene una gran energía característica, mientras que la luz de baja frecuencia y longitud de onda larga tiene poca energía característica.
En ambos casos, mientras tanto, la energía total contenida en un campo de luz separado es un múltiplo entero de esta energía -1, 2, 14, 137 veces- y no existen fracciones extrañas como uno y medio, "pi" o el cuadrado. raíz de dos. Esta propiedad también se observa en los niveles de energía discretos de los átomos, y las bandas de energía son específicas: algunos valores de energía están permitidos, otros no. Los relojes atómicos funcionan gracias a la discreción de la física cuántica, utilizando la frecuencia de la luz asociada a la transición entre dos estados permitidos en el cesio, lo que permite mantener el tiempo en el nivel necesario para el "segundo salto".
La espectroscopia ultraprecisa también se puede utilizar para buscar cosas como la materia oscura, y sigue siendo parte de la motivación del trabajo del instituto en física fundamental de baja energía.
No siempre es obvio, incluso algunas cosas que son cuánticas en principio, como la radiación de cuerpo negro, están asociadas con distribuciones continuas. Pero tras un examen más detenido y con la conexión de un aparato matemático profundo, la teoría cuántica se vuelve aún más extraña.
La física cuántica es probabilística
Uno de los aspectos más sorprendentes y (al menos históricamente) controvertidos de la física cuántica es que es imposible predecir con certeza el resultado de un solo experimento con un sistema cuántico. Cuando los físicos predicen el resultado de un experimento particular, su predicción es en forma de probabilidad de encontrar cada uno de los posibles resultados particulares, y las comparaciones entre la teoría y el experimento siempre implican derivar una distribución de probabilidad de muchos experimentos repetidos.
La descripción matemática de un sistema cuántico, por regla general, toma la forma de una "función de onda", representada en las ecuaciones de la haya griega psi: Ψ. Hay muchas discusiones sobre qué es exactamente la función de onda, y han dividido a los físicos en dos campos: aquellos que ven la función de onda como algo físico real (teóricos ónticos), y aquellos que creen que la función de onda es únicamente una expresión de nuestro conocimiento (o falta de él) independientemente del estado subyacente de un objeto cuántico particular (teóricos epistémicos).
En cada clase del modelo subyacente, la probabilidad de encontrar un resultado no está determinada directamente por la función de onda, sino por el cuadrado de la función de onda (en términos generales, sigue siendo el mismo; la función de onda es un objeto matemático complejo ( y por lo tanto incluye números imaginarios como la raíz cuadrada o su variante negativa), y la operación de probabilidad es un poco más complicada, pero "el cuadrado de la función de onda" es suficiente para obtener la esencia básica de la idea). Esto se conoce como la regla de Born, en honor al físico alemán Max Born, quien la calculó por primera vez (en una nota a pie de página de un artículo de 1926) y sorprendió a muchas personas con su fea implementación. Hay un trabajo activo en tratar de derivar la regla de Born de un principio más fundamental; pero hasta ahora ninguno de ellos ha tenido éxito, aunque ha generado muchas cosas interesantes para la ciencia.
Este aspecto de la teoría también nos lleva a partículas que están en muchos estados al mismo tiempo. Todo lo que podemos predecir es la probabilidad, y antes de medir con un resultado particular, el sistema que se mide está en un estado intermedio, un estado de superposición que incluye todas las probabilidades posibles. Pero si el sistema está realmente en múltiples estados o en uno desconocido depende de si prefiere un modelo óntico o epistémico. Ambos nos llevan al siguiente punto.
La física cuántica no es local
Este último no fue ampliamente aceptado como tal, principalmente porque estaba equivocado. En un artículo de 1935, junto con sus jóvenes colegas Boris Podolkiy y Nathan Rosen (el artículo de EPR), Einstein hizo una declaración matemática clara de algo que lo había estado preocupando durante algún tiempo, lo que llamamos "entrelazamiento".
El trabajo de EPR afirmaba que la física cuántica reconocía la existencia de sistemas en los que las mediciones realizadas en lugares muy separados podían correlacionarse de modo que el resultado de uno determinara el otro. Argumentaron que esto significaba que los resultados de las mediciones debían determinarse de antemano por algún factor común, ya que de lo contrario el resultado de una medición tendría que transmitirse al sitio de otra a una velocidad superior a la de la luz. Por lo tanto, la física cuántica debe ser incompleta, una aproximación a una teoría más profunda (la teoría de la "variable local oculta", en la que los resultados de las mediciones individuales no dependen de algo que está más lejos del sitio de medición que una señal que viaja a la velocidad de la luz puede cubrir (localmente), sino que más bien está determinada por algún factor común a ambos sistemas en un par entrelazado (variable oculta).
Todo el asunto fue considerado una nota a pie de página incomprensible durante más de 30 años, ya que no parecía haber forma de verificarlo, pero a mediados de los años 60, el físico irlandés John Bell elaboró las consecuencias de EPR con más detalle. Bell demostró que se pueden encontrar circunstancias bajo las cuales la mecánica cuántica predecirá correlaciones entre mediciones remotas que son más fuertes que cualquier teoría posible como las propuestas por E, P y R. Esto fue probado experimentalmente en los años 70 por John Kloser y Alain Aspect en el principios de los 80. x - demostraron que estos intrincados sistemas no podían explicarse potencialmente mediante ninguna teoría local de variables ocultas.
El enfoque más común para comprender este resultado es suponer que la mecánica cuántica no es local: que los resultados de las mediciones realizadas en un lugar particular pueden depender de las propiedades de un objeto distante de una manera que no puede explicarse usando señales que viajan en el velocidad de la luz. Sin embargo, esto no permite que la información se transmita a velocidades superlumínicas, aunque se han hecho muchos intentos para eludir esta limitación utilizando la no localidad cuántica.
La física cuántica se ocupa (casi siempre) de los muy pequeños
La física cuántica tiene la reputación de ser extraña porque sus predicciones son drásticamente diferentes de nuestra experiencia cotidiana. Esto se debe a que sus efectos son menos pronunciados cuanto más grande es el objeto: difícilmente verá el comportamiento ondulatorio de las partículas y cómo la longitud de onda disminuye al aumentar el impulso. La longitud de onda de un objeto macroscópico como un perro paseando es tan ridículamente pequeña que si magnificas cada átomo en una habitación al tamaño de un sistema solar, la longitud de onda de un perro sería del tamaño de un átomo en ese sistema solar.
Esto significa que los fenómenos cuánticos se limitan principalmente a la escala de átomos y partículas fundamentales, cuyas masas y aceleraciones son lo suficientemente pequeñas como para que la longitud de onda permanezca tan pequeña que no se puede observar directamente. Sin embargo, se están realizando muchos esfuerzos para aumentar el tamaño de un sistema que exhibe efectos cuánticos.
La física cuántica no es magia.
El punto anterior nos lleva naturalmente a este punto: por extraña que parezca la física cuántica, está claro que no es magia. Lo que postula es extraño según los estándares de la física cotidiana, pero está severamente limitado por reglas y principios matemáticos bien entendidos.
Entonces, si alguien se le ocurre una idea "cuántica" que parece imposible: energía infinita, poder curativo mágico, motores espaciales imposibles, es casi seguro que es imposible. Esto no significa que no podamos usar la física cuántica para hacer cosas increíbles: constantemente estamos escribiendo sobre avances increíbles usando fenómenos cuánticos, y ya han sorprendido bastante a la humanidad, solo significa que no iremos más allá de las leyes de la termodinámica. y sentido común.
Si los puntos anteriores no son suficientes para usted, considere esto solo como un punto de partida útil para una discusión posterior.
Creo que es seguro decir que nadie entiende la mecánica cuántica.
físico richard feynman
No es exagerado decir que la invención de los dispositivos semiconductores fue una revolución. No solo es un logro tecnológico impresionante, sino que también allanó el camino para eventos que cambiarán la sociedad moderna para siempre. Los dispositivos semiconductores se utilizan en todo tipo de dispositivos microelectrónicos, incluidas computadoras, ciertos tipos de equipos de tratamiento y diagnóstico médico y dispositivos de telecomunicaciones populares.
Pero detrás de esta revolución tecnológica hay aún más, una revolución en la ciencia general: el campo Teoría cuántica. Sin este salto en la comprensión del mundo natural, el desarrollo de dispositivos semiconductores (y dispositivos electrónicos más avanzados en desarrollo) nunca habría tenido éxito. La física cuántica es una rama increíblemente compleja de la ciencia. Este capítulo solo proporciona una breve descripción general. Cuando científicos como Feynman dicen "nadie lo entiende", puede estar seguro de que se trata de un tema realmente difícil. Sin una comprensión básica de la física cuántica, o al menos una comprensión de los descubrimientos científicos que llevaron a su desarrollo, es imposible comprender cómo y por qué funcionan los dispositivos electrónicos semiconductores. La mayoría de los libros de texto de electrónica intentan explicar los semiconductores en términos de "física clásica", lo que los hace aún más confusos de entender como resultado.
Muchos de nosotros hemos visto diagramas de modelos atómicos que se parecen a la imagen de abajo.
Átomo de Rutherford: los electrones negativos giran alrededor de un pequeño núcleo positivo
Diminutas partículas de materia llamadas protones y neutrones, constituyen el centro del átomo; electrones giran como los planetas alrededor de una estrella. El núcleo lleva una carga eléctrica positiva debido a la presencia de protones (los neutrones no tienen carga eléctrica), mientras que la carga negativa de equilibrio de un átomo reside en los electrones en órbita. Los electrones negativos son atraídos por los protones positivos como los planetas son atraídos por el Sol, pero las órbitas son estables debido al movimiento de los electrones. Debemos este modelo popular del átomo al trabajo de Ernest Rutherford, quien determinó experimentalmente alrededor de 1911 que las cargas positivas de los átomos se concentran en un núcleo diminuto y denso, y no se distribuyen uniformemente a lo largo del diámetro, como había supuesto previamente el explorador J. J. Thomson. .
El experimento de dispersión de Rutherford consiste en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa cargadas positivamente, como se muestra en la figura siguiente. Los jóvenes estudiantes graduados H. Geiger y E. Marsden obtuvieron resultados inesperados. La trayectoria de algunas partículas alfa se desvió en un gran ángulo. Algunas partículas alfa se dispersaron hacia atrás, en un ángulo de casi 180°. La mayoría de las partículas atravesaron la hoja de oro sin cambiar su trayectoria, como si no hubiera hoja en absoluto. El hecho de que varias partículas alfa experimenten grandes desviaciones en su trayectoria indica la presencia de núcleos con una pequeña carga positiva.
Dispersión de Rutherford: un haz de partículas alfa es dispersado por una fina lámina de oro Aunque el modelo del átomo de Rutherford estaba mejor respaldado por datos experimentales que el de Thomson, todavía era imperfecto. Se hicieron más intentos para determinar la estructura del átomo, y estos esfuerzos ayudaron a allanar el camino para los extraños descubrimientos de la física cuántica. Hoy nuestra comprensión del átomo es un poco más compleja. Sin embargo, a pesar de la revolución de la física cuántica y sus contribuciones a nuestra comprensión de la estructura del átomo, la descripción de Rutherford del sistema solar como la estructura de un átomo se ha arraigado en la conciencia popular en la medida en que persiste en los campos educativos, incluso si está fuera de lugar.
Considere esta breve descripción de los electrones en un átomo, tomada de un libro de texto de electrónica popular:
Los electrones negativos que giran son atraídos por el núcleo positivo, lo que nos lleva a la pregunta de por qué los electrones no vuelan hacia el núcleo del átomo. La respuesta es que los electrones en rotación permanecen en su órbita estable debido a dos fuerzas iguales pero opuestas. La fuerza centrífuga que actúa sobre los electrones se dirige hacia afuera, y la fuerza de atracción de las cargas intenta atraer los electrones hacia el núcleo.
De acuerdo con el modelo de Rutherford, el autor considera que los electrones son piezas sólidas de materia que ocupan órbitas redondas, su atracción hacia el interior del núcleo con carga opuesta se equilibra con su movimiento. El uso del término "fuerza centrífuga" es técnicamente incorrecto (incluso para los planetas en órbita), pero esto se perdona fácilmente debido a la aceptación popular del modelo: de hecho, no existe tal cosa como la fuerza, repulsivoninguna cuerpo giratorio desde el centro de su órbita. Esto parece ser así porque la inercia del cuerpo tiende a mantenerlo en movimiento en línea recta, y dado que la órbita es una constante desviación (aceleración) del movimiento rectilíneo, hay una reacción de inercia constante a cualquier fuerza que atraiga el cuerpo hacia el centro. de la órbita (centrípeta), ya sea la gravedad, la atracción electrostática o incluso la tensión de un enlace mecánico.
Sin embargo, el verdadero problema de esta explicación en primer lugar es la idea de que los electrones se mueven en órbitas circulares. Un hecho comprobado que las cargas eléctricas aceleradas emiten radiación electromagnética, este hecho se conocía incluso en la época de Rutherford. Dado que el movimiento de rotación es una forma de aceleración (un objeto giratorio en aceleración constante, que aleja al objeto de su movimiento rectilíneo normal), los electrones en un estado giratorio deben emitir radiación como el lodo de una rueda giratoria. Los electrones acelerados a lo largo de trayectorias circulares en aceleradores de partículas llamados sincrotrones se sabe que hacen esto, y el resultado se llama radiación sincrotrón. Si los electrones perdieran energía de esta manera, sus órbitas eventualmente se interrumpirían y, como resultado, colisionarían con un núcleo cargado positivamente. Sin embargo, dentro de los átomos esto no suele suceder. De hecho, las "órbitas" electrónicas son sorprendentemente estables en una amplia gama de condiciones.
Además, los experimentos con átomos "excitados" han demostrado que un átomo emite energía electromagnética solo a ciertas frecuencias. Los átomos son "excitados" por influencias externas como la luz, que absorbe energía y devuelve ondas electromagnéticas a ciertas frecuencias, como un diapasón que no suena a una frecuencia determinada hasta que se golpea. Cuando la luz emitida por un átomo excitado se divide por un prisma en sus frecuencias componentes (colores), se encuentran líneas individuales de colores en el espectro, el patrón de líneas espectrales es exclusivo de un elemento químico. Este fenómeno se usa comúnmente para identificar elementos químicos, e incluso para medir las proporciones de cada elemento en un compuesto o mezcla química. De acuerdo con el sistema solar del modelo atómico de Rutherford (relativo a los electrones, como piezas de materia, girando libremente en una órbita con cierto radio) y las leyes de la física clásica, los átomos excitados deben devolver energía en un rango de frecuencia casi infinito, y no en frecuencias seleccionadas. En otras palabras, si el modelo de Rutherford fuera correcto, entonces no habría efecto de "diapasón", y el espectro de color emitido por cualquier átomo aparecería como una banda continua de colores, en lugar de varias líneas separadas.
El modelo de Bohr del átomo de hidrógeno (con las órbitas dibujadas a escala) asume que los electrones están solo en órbitas discretas. Los electrones que se mueven de n=3,4,5 o 6 a n=2 se muestran en una serie de líneas espectrales de Balmer Un investigador llamado Niels Bohr trató de mejorar el modelo de Rutherford después de estudiarlo en el laboratorio de Rutherford durante varios meses en 1912. Tratando de reconciliar los resultados de otros físicos (notablemente Max Planck y Albert Einstein), Bohr sugirió que cada electrón tenía una cierta cantidad específica de energía, y que sus órbitas estaban distribuidas de tal manera que cada uno de ellos podía ocupar ciertos lugares a su alrededor. el núcleo, como bolas, fijo en trayectorias circulares alrededor del núcleo, y no como satélites de movimiento libre, como se suponía anteriormente (figura superior). En deferencia a las leyes del electromagnetismo y las cargas aceleradas, Bohr se refirió a las "órbitas" como estados estacionarios para evitar la interpretación de que eran móviles.
Aunque el ambicioso intento de Bohr de repensar la estructura del átomo, que era más consistente con los datos experimentales, fue un hito en la física, no se completó. Su análisis matemático predijo los resultados de los experimentos mejor que los realizados de acuerdo con modelos anteriores, pero aún quedaban preguntas sin respuesta sobre si por qué los electrones deben comportarse de una manera tan extraña. La afirmación de que los electrones existían en estados cuánticos estacionarios alrededor del núcleo se correlacionó mejor con los datos experimentales que el modelo de Rutherford, pero no dijo qué causa que los electrones adopten estos estados especiales. La respuesta a esta pregunta vendría de otro físico, Louis de Broglie, unos diez años después.
De Broglie sugirió que los electrones, como los fotones (partículas de luz), tienen tanto las propiedades de las partículas como las propiedades de las ondas. Basándose en esta suposición, sugirió que el análisis de los electrones en rotación en términos de ondas es mejor que en términos de partículas, y puede dar más información sobre su naturaleza cuántica. De hecho, se hizo otro gran avance en la comprensión.
Una cuerda que vibra a una frecuencia resonante entre dos puntos fijos forma una onda estacionaria El átomo, según de Broglie, constaba de ondas estacionarias, un fenómeno bien conocido por los físicos en varias formas. Como la cuerda pulsada de un instrumento musical (en la foto de arriba), vibrando a una frecuencia resonante, con "nudos" y "antinudos" en lugares estables a lo largo de su longitud. De Broglie imaginó los electrones alrededor de los átomos como ondas curvadas en un círculo (figura a continuación).
Electrones "girando" como una onda estacionaria alrededor del núcleo, (a) dos ciclos en una órbita, (b) tres ciclos en una órbita Los electrones solo pueden existir en ciertas "órbitas" específicas alrededor del núcleo, porque son las únicas distancias donde coinciden los extremos de la onda. En cualquier otro radio, la onda chocará destructivamente consigo misma y, por lo tanto, dejará de existir.
La hipótesis de De Broglie proporcionó tanto un marco matemático como una analogía física conveniente para explicar los estados cuánticos de los electrones dentro de un átomo, pero su modelo del átomo aún estaba incompleto. Durante varios años, los físicos Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger, trabajando de forma independiente, han estado trabajando en el concepto de dualidad onda-partícula de De Broglie para crear modelos matemáticos más rigurosos de partículas subatómicas.
A este avance teórico desde el primitivo modelo de onda estacionaria de De Broglie hasta los modelos de la matriz de Heisenberg y la ecuación diferencial de Schrödinger se le ha dado el nombre de mecánica cuántica, y ha introducido una característica bastante impactante en el mundo de las partículas subatómicas: el signo de probabilidad, o incertidumbre. De acuerdo con la nueva teoría cuántica, era imposible determinar la posición exacta y el momento exacto de una partícula en un momento dado. Una explicación popular para este "principio de incertidumbre" fue que hubo un error de medición (es decir, al tratar de medir con precisión la posición de un electrón, interfiere con su impulso y, por lo tanto, no puede saber cuál era antes de comenzar a medir la posición). , y viceversa). La conclusión sensacional de la mecánica cuántica es que las partículas no tienen posiciones ni momentos exactos, y debido a la relación de estas dos cantidades, su incertidumbre combinada nunca disminuirá por debajo de un cierto valor mínimo.
Esta forma de conexión de "incertidumbre" también existe en campos distintos de la mecánica cuántica. Como se discutió en el capítulo "Señales de CA de frecuencia mixta" en el Volumen 2 de esta serie de libros, existen relaciones mutuamente excluyentes entre la confianza en los datos de dominio de tiempo de una forma de onda y sus datos de dominio de frecuencia. En pocas palabras, cuanto más conocemos las frecuencias de sus componentes, con menos precisión conocemos su amplitud a lo largo del tiempo, y viceversa. Citándome a mí mismo:
Una señal de duración infinita (un número infinito de ciclos) se puede analizar con absoluta precisión, pero cuantos menos ciclos estén disponibles para el análisis de la computadora, menos preciso será el análisis... Cuantos menos períodos tenga la señal, menos precisa será su frecuencia . Llevando este concepto a su extremo lógico, un pulso corto (ni siquiera un período completo de una señal) en realidad no tiene una frecuencia definida, es un rango infinito de frecuencias. Este principio es común a todos los fenómenos ondulatorios, y no sólo a las tensiones y corrientes variables.
Para determinar con precisión la amplitud de una señal cambiante, debemos medirla en un período de tiempo muy corto. Sin embargo, hacer esto limita nuestro conocimiento de la frecuencia de la onda (una onda en la mecánica cuántica no necesita ser similar a una onda sinusoidal; tal similitud es un caso especial). Por otro lado, para determinar la frecuencia de una onda con gran precisión, debemos medirla en un gran número de periodos, por lo que perderemos de vista su amplitud en un momento dado. Por lo tanto, no podemos conocer simultáneamente la amplitud instantánea y todas las frecuencias de cualquier onda con una precisión ilimitada. Otra rareza, esta incertidumbre es mucho mayor que la inexactitud del observador; está en la naturaleza misma de la ola. Este no es el caso, aunque sería posible, dada la tecnología adecuada, proporcionar mediciones precisas tanto de la amplitud instantánea como de la frecuencia simultáneamente. En sentido literal, una onda no puede tener la amplitud instantánea exacta y la frecuencia exacta al mismo tiempo.
La incertidumbre mínima de la posición y el momento de las partículas expresada por Heisenberg y Schrödinger no tiene nada que ver con una limitación en la medición; más bien, es una propiedad intrínseca de la naturaleza de la dualidad onda-partícula de la partícula. Por lo tanto, los electrones en realidad no existen en sus "órbitas" como partículas de materia bien definidas, o incluso como formas de onda bien definidas, sino como "nubes", un término técnico. función de onda distribuciones de probabilidad, como si cada electrón estuviera "disperso" o "difundido" en un rango de posiciones y momentos.
Esta visión radical de los electrones como nubes indeterminadas contradice inicialmente el principio original de los estados cuánticos de los electrones: los electrones existen en "órbitas" discretas y definidas alrededor del núcleo de un átomo. Después de todo, esta nueva visión fue el descubrimiento que condujo a la formación y explicación de la teoría cuántica. Qué extraño parece que una teoría creada para explicar el comportamiento discreto de los electrones termine declarando que los electrones existen como "nubes" y no como piezas separadas de materia. Sin embargo, el comportamiento cuántico de los electrones no depende de que los electrones tengan ciertos valores de coordenadas y cantidad de movimiento, sino de otras propiedades llamadas números cuánticos. En esencia, la mecánica cuántica prescinde de los conceptos comunes de posición absoluta y momento absoluto, y los reemplaza con conceptos absolutos de tipos que no tienen análogos en la práctica común.
Aunque se sabe que los electrones existen en formas incorpóreas, "nubladas" de probabilidad distribuida, en lugar de piezas separadas de materia, estas "nubes" tienen características ligeramente diferentes. Cualquier electrón en un átomo puede describirse mediante cuatro medidas numéricas (los números cuánticos mencionados anteriormente), llamadas principal (radiales), orbital (acimut), magnético y girar números. A continuación se muestra una breve descripción del significado de cada uno de estos números:
Número cuántico principal (radial): denotado por una letra norte, este número describe la capa en la que reside el electrón. La "capa" de electrones es una región del espacio alrededor del núcleo de un átomo en la que pueden existir electrones, lo que corresponde a los modelos estables de "onda estacionaria" de de Broglie y Bohr. Los electrones pueden "saltar" de una capa a otra, pero no pueden existir entre ellas.
El número cuántico principal debe ser un número entero positivo (mayor o igual a 1). En otras palabras, el número cuántico principal de un electrón no puede ser 1/2 o -3. Estos números enteros no se eligieron arbitrariamente, sino a través de la evidencia experimental del espectro de luz: las diferentes frecuencias (colores) de la luz emitida por los átomos de hidrógeno excitados siguen una relación matemática que depende de valores enteros específicos, como se muestra en la siguiente figura.
Cada capa tiene la capacidad de contener múltiples electrones. Una analogía para las capas de electrones son las filas concéntricas de asientos en un anfiteatro. Así como una persona sentada en un anfiteatro debe elegir una fila para sentarse (no puede sentarse entre las filas), los electrones deben "elegir" una capa en particular para "sentarse". Como filas en un anfiteatro, las capas exteriores contienen más electrones que las capas más cercanas al centro. Además, los electrones tienden a encontrar la capa más pequeña disponible, al igual que las personas en un anfiteatro buscan el lugar más cercano al escenario central. Cuanto mayor sea el número de capas, más energía tendrán los electrones.
El número máximo de electrones que puede contener cualquier capa está descrito por la ecuación 2n 2 , donde n es el número cuántico principal. Así, la primera capa (n = 1) puede contener 2 electrones; la segunda capa (n = 2) - 8 electrones; y la tercera capa (n = 3) - 18 electrones (figura a continuación).
El número cuántico principal n y el número máximo de electrones están relacionados por la fórmula 2(n 2). Las órbitas no están a escala. Las capas de electrones en el átomo se denotaron con letras en lugar de números. La primera capa (n = 1) se designó K, la segunda capa (n = 2) L, la tercera capa (n = 3) M, la cuarta capa (n = 4) N, la quinta capa (n = 5) O, la sexta capa (n = 6) P, y la séptima capa (n = 7) B.
Número cuántico orbital (acimut): capa compuesta de subcapas. A algunos les puede resultar más conveniente pensar en subcapas como simples secciones de capas, como carriles que dividen una carretera. Las subcapas son mucho más raras. Las subcapas son regiones del espacio donde pueden existir "nubes" de electrones y, de hecho, diferentes subcapas tienen formas diferentes. La primera subcapa tiene forma de esfera (Figura inferior (s)), lo que tiene sentido cuando se visualiza como una nube de electrones que rodea el núcleo de un átomo en tres dimensiones.
La segunda subcapa se asemeja a una mancuerna, que consta de dos "pétalos" conectados en un punto cerca del centro del átomo (figura a continuación (p)).
La tercera subcapa generalmente se parece a un conjunto de cuatro "pétalos" agrupados alrededor del núcleo de un átomo. Estas formas de subcapa se asemejan a representaciones gráficas de patrones de antena con lóbulos en forma de cebolla que se extienden desde la antena en varias direcciones (Figura siguiente (d)).
orbitales: (s) triple simetría;
(p) Se muestra: p x , una de las tres orientaciones posibles (p x , p y , p z), a lo largo de los ejes respectivos;
(d) Se muestra: d x 2 -y 2 es similar a d xy , d yz , d xz . Se muestra: d z 2 . Número de posibles orbitales d: cinco.
Los valores válidos para el número cuántico orbital son números enteros positivos, como para el número cuántico principal, pero también incluyen el cero. Estos números cuánticos de electrones se denotan con la letra l. El número de subcapas es igual al número cuántico principal de la capa. Así, la primera capa (n = 1) tiene una subcapa con el número 0; la segunda capa (n = 2) tiene dos subcapas numeradas 0 y 1; la tercera capa (n = 3) tiene tres subcapas numeradas 0, 1 y 2.
La antigua convención de subcapa usaba letras en lugar de números. En este formato, el primer subnivel (l = 0) se denominó s, el segundo subnivel (l = 1) se denominó p, el tercer subnivel (l = 2) se denominó d y el cuarto subnivel (l = 3) se denominó denotado f. Las letras provienen de las palabras: afilado, principal, difuso y Fundamental. Todavía puede ver estas designaciones en muchas tablas periódicas que se usan para indicar la configuración electrónica del exterior ( valencia) capas de átomos.
(a) la representación de Bohr del átomo de plata, (b) Representación orbital de Ag con división de capas en subcapas (número cuántico orbital l).
Este diagrama no implica nada sobre la posición real de los electrones, sino que solo representa los niveles de energía.
número cuántico magnético: El número cuántico magnético para el electrón clasifica la orientación de la figura de la subcapa del electrón. Los "pétalos" de las subcapas se pueden dirigir en varias direcciones. Estas diferentes orientaciones se llaman orbitales. Para la primera subcapa (s; l = 0), que se parece a una esfera, no se especifica "dirección". Para una segunda subcapa (p; l = 1) en cada capa que se asemeja a una mancuerna que apunta en tres direcciones posibles. Imagine tres pesas que se cruzan en el origen, cada una apuntando a lo largo de su propio eje en un sistema de coordenadas triaxial.
Los valores válidos para un número cuántico dado consisten en números enteros que van de -l a l, y este número se denota como m l en física atómica y z en física nuclear. Para calcular el número de orbitales en cualquier subnivel, debe duplicar el número del subnivel y sumar 1, (2∙l + 1). Por ejemplo, la primera subcapa (l = 0) en cualquier capa contiene un orbital numerado 0; la segunda subcapa (l = 1) en cualquier capa contiene tres orbitales con números -1, 0 y 1; la tercera subcapa (l = 2) contiene cinco orbitales numerados -2, -1, 0, 1 y 2; etc.
Al igual que el número cuántico principal, el número cuántico magnético surgió directamente de datos experimentales: el efecto Zeeman, la separación de líneas espectrales al exponer un gas ionizado a un campo magnético, de ahí el nombre de número cuántico "magnético".
Número cuántico de espín: al igual que el número cuántico magnético, esta propiedad de los electrones de un átomo fue descubierta a través de experimentos. La observación cuidadosa de las líneas espectrales mostró que cada línea era de hecho un par de líneas muy próximas entre sí, se ha sugerido que este llamado estructura fina fue el resultado de cada electrón "girando" alrededor de su propio eje, como un planeta. Los electrones con diferentes "espines" emitirían frecuencias de luz ligeramente diferentes cuando se excitaran. El concepto de electrón giratorio ahora está obsoleto, siendo más apropiado para la visión (incorrecta) de los electrones como partículas individuales de materia en lugar de "nubes", pero el nombre permanece.
Los números cuánticos de espín se denotan como milisegundo en física atómica y talla en física nuclear. Cada orbital en cada subnivel puede tener dos electrones en cada nivel, uno con espín +1/2 y el otro con espín -1/2.
El físico Wolfgang Pauli desarrolló un principio que explica el orden de los electrones en un átomo de acuerdo con estos números cuánticos. Su principio, llamado principio de exclusión de Pauli, establece que dos electrones en el mismo átomo no pueden ocupar los mismos estados cuánticos. Es decir, cada electrón en un átomo tiene un conjunto único de números cuánticos. Esto limita la cantidad de electrones que pueden ocupar cualquier orbital, subcapa y capa dados.
Esto muestra la disposición de los electrones en un átomo de hidrógeno:
Con un protón en el núcleo, el átomo acepta un electrón para su equilibrio electrostático (la carga positiva del protón se equilibra exactamente con la carga negativa del electrón). Este electrón está en la capa inferior (n = 1), la primera subcapa (l = 0), en el único orbital (orientación espacial) de esta subcapa (m l = 0), con un valor de espín de 1/2. El método general para describir esta estructura es enumerando los electrones según sus capas y subcapas, de acuerdo con una convención llamada notación espectroscópica. En esta notación, el número de capa se muestra como un número entero, la subcapa como una letra (s,p,d,f) y el número total de electrones en la subcapa (todos los orbitales, todos los espines) como un superíndice. Así, el hidrógeno, con su único electrón colocado en el nivel de la base, se describe como 1s 1 .
Pasando al siguiente átomo (en orden de número atómico), obtenemos el elemento helio:
Un átomo de helio tiene dos protones en su núcleo, lo que requiere dos electrones para equilibrar la doble carga eléctrica positiva. Dado que dos electrones, uno con espín 1/2 y el otro con espín -1/2, están en el mismo orbital, la estructura electrónica del helio no requiere subcapas o capas adicionales para contener el segundo electrón.
Sin embargo, un átomo que requiera tres o más electrones necesitará subcapas adicionales para contener todos los electrones, ya que solo dos electrones pueden estar en la capa inferior (n = 1). Considere el siguiente átomo en la secuencia de números atómicos crecientes, litio:
El átomo de litio utiliza parte de la capacitancia L de la coraza (n = 2). Esta capa en realidad tiene una capacidad total de ocho electrones (capacidad máxima de la capa = 2n 2 electrones). Si consideramos la estructura de un átomo con una capa L completamente llena, vemos cómo todas las combinaciones de subcapas, orbitales y espines están ocupadas por electrones:
A menudo, cuando se asigna una notación espectroscópica a un átomo, se omiten las capas completamente llenas y se denotan las capas sin llenar y las cubiertas llenas de nivel superior. Por ejemplo, el elemento neón (que se muestra en la figura anterior), que tiene dos capas completamente llenas, se puede describir espectralmente como simplemente 2p 6 en lugar de 1s 22 s 22 p 6 . El litio, con su capa K completamente llena y un solo electrón en la capa L, puede describirse simplemente como 2s 1 en lugar de 1s 22 s 1 .
La omisión de capas de nivel inferior completamente pobladas no es solo por conveniencia de notación. También ilustra un principio básico de la química: el comportamiento químico de un elemento está determinado principalmente por sus capas vacías. Tanto el hidrógeno como el litio tienen un electrón en sus capas externas (como 1 y 2s 1, respectivamente), es decir, ambos elementos tienen propiedades similares. Ambos son altamente reactivos y reaccionan de manera casi idéntica (uniéndose a elementos similares en condiciones similares). Realmente no importa que el litio tenga una capa K completamente llena debajo de una capa L casi libre: la capa L vacía es la que determina su comportamiento químico.
Los elementos que tienen capas exteriores completamente llenas se clasifican como nobles y se caracterizan por una falta casi total de reacción con otros elementos. Estos elementos se clasificaron como inertes cuando se consideró que no reaccionaban en absoluto, pero se sabe que forman compuestos con otros elementos bajo ciertas condiciones.
Dado que los elementos con la misma configuración de electrones en sus capas externas tienen propiedades químicas similares, Dmitri Mendeleev organizó los elementos químicos en una tabla en consecuencia. Esta tabla se conoce como , y las tablas modernas siguen este diseño general, que se muestra en la siguiente figura.
tabla periodica de los elementos quimicos Dmitri Mendeleev, un químico ruso, fue el primero en desarrollar la tabla periódica de elementos. Aunque Mendeleev organizó su tabla según la masa atómica, no el número atómico, y creó una tabla que no era tan útil como las tablas periódicas modernas, su desarrollo es un excelente ejemplo de prueba científica. Al ver patrones de periodicidad (propiedades químicas similares según la masa atómica), Mendeleev planteó la hipótesis de que todos los elementos deben encajar en este patrón ordenado. Cuando descubrió lugares "vacíos" en la tabla, siguió la lógica del orden existente y asumió la existencia de elementos aún desconocidos. El posterior descubrimiento de estos elementos confirmó la exactitud científica de la hipótesis de Mendeleev, descubrimientos posteriores llevaron a la forma de la tabla periódica que usamos ahora.
Me gusta esto debería trabajo científico: las hipótesis conducen a conclusiones lógicas y son aceptadas, modificadas o rechazadas en función de la coherencia de los datos experimentales con sus conclusiones. Cualquier tonto puede formular una hipótesis a posteriori para explicar los datos experimentales disponibles, y muchos lo hacen. Lo que distingue una hipótesis científica de una especulación post hoc es la predicción de datos experimentales futuros que aún no se han recopilado y, como resultado, posiblemente la refutación de esos datos. Llevar audazmente la hipótesis a su(s) conclusión(es) lógica(s) y el intento de predecir los resultados de futuros experimentos no es un acto de fe dogmático, sino más bien una prueba pública de esta hipótesis, un desafío abierto a los oponentes de la hipótesis. En otras palabras, las hipótesis científicas siempre son "arriesgadas" por tratar de predecir los resultados de experimentos que aún no se han realizado y, por lo tanto, pueden falsearse si los experimentos no salen como se esperaba. Por lo tanto, si una hipótesis predice correctamente los resultados de experimentos repetidos, queda refutada.
La mecánica cuántica, primero como hipótesis y luego como teoría, ha tenido un gran éxito en la predicción de los resultados de los experimentos y, por lo tanto, ha recibido un alto grado de credibilidad científica. Muchos científicos tienen razones para creer que esta es una teoría incompleta, ya que sus predicciones son más ciertas a escalas microfísicas que macroscópicas, pero sin embargo, es una teoría extremadamente útil para explicar y predecir la interacción de partículas y átomos.
Como ha visto en este capítulo, la física cuántica es esencial para describir y predecir muchos fenómenos diferentes. En la siguiente sección, veremos su importancia en la conductividad eléctrica de los sólidos, incluidos los semiconductores. En pocas palabras, nada en química o física del estado sólido tiene sentido en la estructura teórica popular de los electrones que existen como partículas individuales de materia que giran alrededor del núcleo de un átomo como satélites en miniatura. Cuando los electrones se ven como "funciones de onda" que existen en ciertos estados discretos que son regulares y periódicos, entonces se puede explicar el comportamiento de la materia.
Resumiendo
Los electrones en los átomos existen en "nubes" de probabilidad distribuida, y no como partículas discretas de materia que giran alrededor del núcleo, como satélites en miniatura, como muestran los ejemplos comunes.
Los electrones individuales alrededor del núcleo de un átomo tienden a "estados" únicos descritos por cuatro números cuánticos: número cuántico principal (radial), conocido como cáscara; número cuántico orbital (acimut), conocido como subcapa; número cuántico magnético describiendo orbital(orientación de la subcapa); y número cuántico de espín, o simplemente girar. Estos estados son cuánticos, es decir, “entre ellos” no hay condiciones para la existencia de un electrón, salvo estados que encajen en el esquema de numeración cuántica.
Número cuántico de Glanoe (radial) (n) describe el nivel base o capa en la que reside el electrón. Cuanto mayor sea este número, mayor será el radio de la nube de electrones desde el núcleo del átomo, y mayor será la energía del electrón. Los números cuánticos principales son números enteros (enteros positivos)
Número cuántico orbital (azimutal) (l) describe la forma de una nube de electrones en una capa o nivel particular y, a menudo, se conoce como "subcapa". En cualquier capa, hay tantas subcapas (formas de una nube de electrones) como número cuántico principal de la capa. Los números cuánticos acimutales son números enteros positivos que comienzan desde cero y terminan con un número menor que el número cuántico principal en uno (n - 1).
Número cuántico magnético (m l) describe qué orientación tiene la subcapa (forma de la nube de electrones). Los subniveles pueden tener tantas orientaciones diferentes como el doble del número del subnivel (l) más 1, (2l+1) (es decir, para l=1, m l = -1, 0, 1), y cada orientación única se denomina orbital . Estos números son enteros que comienzan con un valor negativo del número de subcapa (l) hasta 0 y terminan con un valor positivo del número de subcapa.
Número cuántico de espín (m·s) describe otra propiedad del electrón y puede tomar los valores +1/2 y -1/2.
principio de exclusión de Pauli dice que dos electrones en un átomo no pueden compartir el mismo conjunto de números cuánticos. Por lo tanto, puede haber como máximo dos electrones en cada orbital (espín = 1/2 y espín = -1/2), 2l+1 orbitales en cada subcapa y n subcapas en cada capa, y no más.
Notación espectroscópica es una convención para la estructura electrónica de un átomo. Las capas se muestran como números enteros, seguidas de letras de subcapas (s, p, d, f) con números en superíndice que indican el número total de electrones que se encuentran en cada subcapa respectiva.
El comportamiento químico de un átomo está determinado únicamente por los electrones en las capas vacías. Las capas de bajo nivel que están completamente llenas tienen poco o ningún efecto sobre las características de enlace químico de los elementos.
Los elementos con capas de electrones completamente llenas son casi completamente inertes y se llaman noble elementos (anteriormente conocidos como inertes).
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Seguro que has oído muchas veces sobre los misterios inexplicables de la física cuántica y la mecánica cuántica. Sus leyes fascinan con misticismo, e incluso los mismos físicos admiten que no las comprenden del todo. Por un lado, es curioso entender estas leyes, pero por otro lado, no hay tiempo para leer libros complejos y de varios volúmenes sobre física. Te entiendo mucho, porque también amo el conocimiento y la búsqueda de la verdad, pero lamentablemente no hay suficiente tiempo para todos los libros. No está solo, muchas personas curiosas escriben en la línea de búsqueda: “física cuántica para principiantes, mecánica cuántica para principiantes, física cuántica para principiantes, mecánica cuántica para principiantes, conceptos básicos de física cuántica, conceptos básicos de mecánica cuántica, física cuántica para niños, qué es la mecánica cuántica". Esta publicación es para ti.
Comprenderás los conceptos básicos y las paradojas de la física cuántica. Del artículo aprenderás:
- ¿Qué es la interferencia?
- ¿Qué es el giro y la superposición?
- ¿Qué es "medición" o "colapso de función de onda"?
- ¿Qué es el entrelazamiento cuántico (o teletransportación cuántica para tontos)? (ver artículo)
- ¿Qué es el experimento mental del gato de Schrödinger? (ver artículo)
¿Qué es la física cuántica y la mecánica cuántica?
La mecánica cuántica es parte de la física cuántica.
¿Por qué es tan difícil entender estas ciencias? La respuesta es simple: la física cuántica y la mecánica cuántica (una parte de la física cuántica) estudian las leyes del micromundo. Y estas leyes son absolutamente diferentes de las leyes de nuestro macrocosmos. Por lo tanto, nos resulta difícil imaginar lo que sucede con los electrones y los fotones en el microcosmos.
Un ejemplo de la diferencia entre las leyes de los macro y micromundos: en nuestro macrocosmos, si coloca una pelota en una de las 2 cajas, una de ellas estará vacía y la otra, una pelota. Pero en el microcosmos (si en lugar de una bola - un átomo), un átomo puede estar simultáneamente en dos cajas. Esto ha sido repetidamente confirmado experimentalmente. ¿No es difícil metérselo en la cabeza? Pero no se puede discutir con los hechos.
Un ejemplo más. Fotografió un auto deportivo rojo de carreras rápidas y en la foto vio una franja horizontal borrosa, como si el auto en el momento de la foto fuera de varios puntos en el espacio. A pesar de lo que ves en la foto, sigues estando seguro de que el coche estaba en el momento en que lo fotografiaste. en un lugar específico en el espacio. No así en el micromundo. Un electrón que gira alrededor del núcleo de un átomo en realidad no gira, pero Situada simultáneamente en todos los puntos de la esfera. alrededor del núcleo de un átomo. Como un ovillo de lana esponjosa enrollado sin apretar. Este concepto en física se llama "nube electronica" .
Una pequeña digresión en la historia. Por primera vez, los científicos pensaron en el mundo cuántico cuando, en 1900, el físico alemán Max Planck trató de averiguar por qué los metales cambian de color cuando se calientan. Fue él quien introdujo el concepto de cuanto. Antes de eso, los científicos pensaban que la luz viajaba continuamente. La primera persona que se tomó en serio el descubrimiento de Planck fue el entonces desconocido Albert Einstein. Se dio cuenta de que la luz no es sólo una onda. A veces se comporta como una partícula. Einstein recibió el Premio Nobel por su descubrimiento de que la luz se emite en porciones, cuantos. Un cuanto de luz se llama fotón ( fotón, Wikipedia) .
Para facilitar la comprensión de las leyes de la cuántica física y mecánica (Wikipedia), es necesario, en cierto sentido, abstraerse de las leyes de la física clásica que nos son familiares. E imagina que te zambulliste, como Alicia, por la madriguera del conejo, hacia el País de las Maravillas.
Y aquí hay una caricatura para niños y adultos. Habla sobre el experimento fundamental de la mecánica cuántica con 2 rendijas y un observador. Dura solo 5 minutos. Míralo antes de profundizar en las preguntas y conceptos básicos de la física cuántica.
Vídeo de física cuántica para tontos. En la caricatura, preste atención al "ojo" del observador. Se ha convertido en un grave misterio para los físicos.
¿Qué es la interferencia?
Al comienzo de la caricatura, usando el ejemplo de un líquido, se mostró cómo se comportan las ondas: aparecen franjas verticales oscuras y claras alternas en la pantalla detrás de una placa con ranuras. Y en el caso de que se "disparen" partículas discretas (por ejemplo, guijarros) en la placa, vuelan a través de 2 ranuras y golpean la pantalla directamente opuesta a las ranuras. Y "dibuje" en la pantalla solo 2 rayas verticales.
Interferencia de luz- Este es el comportamiento de "onda" de la luz, cuando se muestran en la pantalla muchas franjas verticales alternas claras y oscuras. Y esas rayas verticales llamado patrón de interferencia.
En nuestro macrocosmos, a menudo observamos que la luz se comporta como una onda. Si coloca la mano frente a la vela, en la pared no habrá una sombra clara de la mano, sino contornos borrosos.
Entonces, ¡no es tan difícil! Ahora nos queda bastante claro que la luz tiene una naturaleza ondulatoria, y si se iluminan 2 rendijas con luz, entonces en la pantalla detrás de ellas veremos un patrón de interferencia. Ahora considere el segundo experimento. Este es el famoso experimento Stern-Gerlach (que se llevó a cabo en los años 20 del siglo pasado).
En la instalación descrita en la caricatura, no brillaron con luz, sino que "dispararon" con electrones (como partículas separadas). Luego, a principios del siglo pasado, los físicos de todo el mundo creían que los electrones son partículas elementales de la materia y no deberían tener una naturaleza ondulatoria, sino igual que los guijarros. Después de todo, los electrones son partículas elementales de materia, ¿verdad? Es decir, si se "arrojan" en 2 ranuras, como guijarros, entonces en la pantalla detrás de las ranuras deberíamos ver 2 rayas verticales.
Pero… El resultado fue impresionante. Los científicos vieron un patrón de interferencia: muchas rayas verticales. Es decir, los electrones, como la luz, también pueden tener una naturaleza ondulatoria, pueden interferir. Por otro lado, quedó claro que la luz no es solo una onda, sino también una partícula: un fotón (de los antecedentes históricos al comienzo del artículo, supimos que Einstein recibió el Premio Nobel por este descubrimiento).
Tal vez recuerdes que en la escuela nos dijeron en física sobre "dualismo partícula-onda"? Significa que cuando se trata de partículas muy pequeñas (átomos, electrones) del micromundo, entonces ambos son ondas y partículas
Es hoy que usted y yo somos tan inteligentes y entendemos que los 2 experimentos descritos anteriormente, disparar con electrones e iluminar las ranuras con luz, son lo mismo. Porque estamos disparando partículas cuánticas a las rendijas. Ahora sabemos que tanto la luz como los electrones son de naturaleza cuántica, son ondas y partículas al mismo tiempo. Y a principios del siglo XX, los resultados de este experimento fueron una sensación.
¡Atención! Ahora pasemos a un tema más sutil.
Iluminamos nuestras rendijas con una corriente de fotones (electrones) y vemos un patrón de interferencia (rayas verticales) detrás de las rendijas en la pantalla. Está despejado. Pero nos interesa ver cómo vuela cada uno de los electrones a través de la rendija.
Presumiblemente, un electrón vuela hacia la ranura izquierda, el otro, hacia la derecha. Pero luego deberían aparecer 2 rayas verticales en la pantalla directamente opuestas a las ranuras. ¿Por qué se obtiene un patrón de interferencia? Tal vez los electrones de alguna manera interactúen entre sí ya en la pantalla después de volar a través de las rendijas. Y el resultado es un patrón de onda de este tipo. ¿Cómo podemos seguir esto?
Lanzaremos electrones no en un haz, sino uno a la vez. Suéltalo, espera, suelta el siguiente. Ahora, cuando el electrón vuele solo, ya no podrá interactuar en la pantalla con otros electrones. Registraremos en la pantalla cada electrón después del lanzamiento. Uno o dos, por supuesto, no "pintarán" una imagen clara para nosotros. Pero cuando uno por uno enviemos muchos de ellos a las ranuras, nos daremos cuenta... ¡oh, horror! ¡Otra vez "dibujaron" un patrón de onda de interferencia!
Empezamos a volvernos locos lentamente. ¡Después de todo, esperábamos que hubiera 2 franjas verticales frente a las ranuras! Resulta que cuando lanzamos fotones uno a la vez, cada uno de ellos pasó, por así decirlo, a través de 2 rendijas al mismo tiempo e interfirió consigo mismo. ¡Fantasía! Volveremos a la explicación de este fenómeno en la siguiente sección.
¿Qué es el giro y la superposición?
Ahora sabemos lo que es la interferencia. Este es el comportamiento ondulatorio de las micropartículas: fotones, electrones, otras micropartículas (llamémoslas fotones para simplificar de ahora en adelante).
Como resultado del experimento, cuando lanzamos 1 fotón en 2 rendijas, nos dimos cuenta de que vuela como si atravesara dos rendijas al mismo tiempo. ¿De qué otra manera explicar el patrón de interferencia en la pantalla?
Pero, ¿cómo imaginar una imagen en la que un fotón vuela a través de dos rendijas al mismo tiempo? Hay 2 opciones.
- 1ra opción: fotón, como una ola (como el agua) "flota" a través de 2 rendijas al mismo tiempo
- 2da opción: un fotón, como una partícula, vuela simultáneamente a lo largo de 2 trayectorias (ni siquiera dos, sino todas a la vez)
En principio, estas declaraciones son equivalentes. Hemos llegado a la "integral de trayectoria". Esta es la formulación de la mecánica cuántica de Richard Feynman.
Por cierto, exactamente ricardo feynman pertenece a la conocida expresión que podemos decir con confianza que nadie entiende la mecánica cuántica
Pero esta expresión suya funcionó a principios de siglo. Pero ahora somos inteligentes y sabemos que un fotón puede comportarse tanto como partícula como como onda. Que pueda volar a través de 2 ranuras al mismo tiempo de alguna manera que es incomprensible para nosotros. Por lo tanto, será fácil para nosotros entender la siguiente declaración importante de la mecánica cuántica:
Estrictamente hablando, la mecánica cuántica nos dice que este comportamiento de los fotones es la regla, no la excepción. Cualquier partícula cuántica se encuentra, por regla general, en varios estados o en varios puntos del espacio simultáneamente.
Los objetos del macromundo solo pueden estar en un lugar específico y en un estado específico. Pero una partícula cuántica existe según sus propias leyes. Y a ella no le importa que no los entendamos. Este es el punto.
Nos queda simplemente aceptar como un axioma que la "superposición" de un objeto cuántico significa que puede estar en 2 o más trayectorias al mismo tiempo, en 2 o más puntos al mismo tiempo
Lo mismo se aplica a otro parámetro del fotón: el giro (su propio momento angular). El espín es un vector. Se puede pensar en un objeto cuántico como un imán microscópico. Estamos acostumbrados al hecho de que el vector magnético (espín) se dirige hacia arriba o hacia abajo. Pero el electrón o el fotón nuevamente nos dice: “Chicos, no nos importa a lo que estén acostumbrados, podemos estar en ambos estados de espín a la vez (vector arriba, vector abajo), al igual que podemos estar en 2 trayectorias al mismo tiempo. mismo tiempo o en 2 puntos al mismo tiempo!
¿Qué es "medición" o "colapso de función de onda"?
Nos queda un poco: comprender qué es la "medición" y qué es el "colapso de la función de onda".
función de onda es una descripción del estado de un objeto cuántico (nuestro fotón o electrón).
Supongamos que tenemos un electrón, vuela hacia sí mismo en un estado indeterminado, su giro se dirige hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo. Necesitamos medir su condición.
Medimos usando un campo magnético: los electrones cuyo espín se dirige en la dirección del campo se desviarán en una dirección, y los electrones cuyo espín se dirige contra el campo se desviarán en la otra dirección. Los fotones también se pueden enviar a un filtro polarizador. Si el espín (polarización) de un fotón es +1, pasa por el filtro, y si es -1, entonces no lo hace.
¡Detenerse! Aquí es donde inevitablemente surge la pregunta: antes de la medición, después de todo, el electrón no tenía ninguna dirección de giro en particular, ¿verdad? ¿Estaba en todos los estados al mismo tiempo?
Este es el truco y la sensación de la mecánica cuántica.. Siempre que no mida el estado de un objeto cuántico, puede girar en cualquier dirección (tener cualquier dirección de su propio vector de momento angular - espín). Pero en el momento en que mediste su estado, parece estar decidiendo qué vector de espín tomar.
Este objeto cuántico es genial: toma una decisión sobre su estado. Y no podemos predecir de antemano qué decisión tomará cuando vuele hacia el campo magnético en el que lo medimos. La probabilidad de que decida tener un vector de espín "arriba" o "abajo" es del 50 al 50%. Pero tan pronto como decide, está en cierto estado con una dirección de giro específica. ¡La razón de su decisión es nuestra "dimensión"!
Se llama " colapso de la función de onda". La función de onda antes de la medición era indefinida, es decir, el vector de giro del electrón estaba simultáneamente en todas las direcciones, después de la medición, el electrón fijó una cierta dirección de su vector de giro.
¡Atención! Un excelente ejemplo-asociación de nuestro macrocosmos para entender:
Gira una moneda sobre la mesa como un trompo. Mientras la moneda gira, no tiene un significado específico: cara o cruz. Pero tan pronto como decida "medir" este valor y golpee la moneda con la mano, obtendrá el estado específico de la moneda: cara o cruz. Ahora imagine que esta moneda decide qué valor "mostrarle": cara o cruz. El electrón se comporta aproximadamente de la misma manera.
Ahora recuerda el experimento que se muestra al final de la caricatura. Cuando los fotones pasaban a través de las rendijas, se comportaban como una onda y mostraban un patrón de interferencia en la pantalla. Y cuando los científicos quisieron fijar (medir) el momento en que los fotones pasaban por la rendija y colocar un “observador” detrás de la pantalla, los fotones comenzaron a comportarse no como ondas, sino como partículas. Y “dibujó” 2 rayas verticales en la pantalla. Aquellas. en el momento de la medición o la observación, los propios objetos cuánticos eligen en qué estado deben estar.
¡Fantasía! ¿No lo es?
Pero eso no es todo. Finalmente nosotros Llegué a lo más interesante.
Pero… me parece que habrá una sobrecarga de información, por lo que consideraremos estos 2 conceptos en publicaciones separadas:
- Qué ?
- Qué es un experimento mental.
Y ahora, ¿quieres que la información se ponga en los estantes? Vea un documental producido por el Instituto Canadiense de Física Teórica. En 20 minutos te contará muy brevemente y en orden cronológico todos los descubrimientos de la física cuántica, empezando por el descubrimiento de Planck en 1900. Y luego te contarán qué desarrollos prácticos se están llevando a cabo actualmente sobre la base del conocimiento de la física cuántica: desde los relojes atómicos más precisos hasta los cálculos ultrarrápidos de un ordenador cuántico. Recomiendo encarecidamente ver esta película.
¡Nos vemos!
Les deseo toda la inspiración para todos sus planes y proyectos!
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La física es la más misteriosa de todas las ciencias. La física nos da una comprensión del mundo que nos rodea. Las leyes de la física son absolutas y se aplican a todos sin excepción, independientemente de la persona y el estatus social.
Este artículo está destinado a personas mayores de 18 años.
¿Ya tienes más de 18 años?
Descubrimientos fundamentales de la física cuántica
Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein y muchos otros son los grandes guías de la humanidad en el maravilloso mundo de la física, quienes, como profetas, revelaron a la humanidad los mayores secretos del universo y la capacidad de controlar los fenómenos físicos. Sus brillantes cabezas atravesaron la oscuridad de la ignorancia de la mayoría irrazonable y, como una estrella guía, mostraron el camino a la humanidad en la oscuridad de la noche. Uno de estos conductores en el mundo de la física fue Max Planck, el padre de la física cuántica.
Max Planck no solo es el fundador de la física cuántica, sino también el autor de la mundialmente famosa teoría cuántica. La teoría cuántica es el componente más importante de la física cuántica. En términos simples, esta teoría describe el movimiento, el comportamiento y la interacción de las micropartículas. El fundador de la física cuántica también nos trajo muchos otros trabajos científicos que se han convertido en los pilares de la física moderna:
- teoría de la radiación térmica;
- teoría especial de la relatividad;
- investigación en el campo de la termodinámica;
- investigación en el campo de la óptica.
La teoría de la física cuántica sobre el comportamiento y la interacción de las micropartículas se convirtió en la base de la física de la materia condensada, la física de las partículas elementales y la física de altas energías. La teoría cuántica nos explica la esencia de muchos fenómenos de nuestro mundo, desde el funcionamiento de las computadoras electrónicas hasta la estructura y el comportamiento de los cuerpos celestes. Max Planck, el creador de esta teoría, gracias a su descubrimiento nos permitió comprender la verdadera esencia de muchas cosas a nivel de partículas elementales. Pero la creación de esta teoría está lejos de ser el único mérito del científico. Fue el primero en descubrir la ley fundamental del universo: la ley de conservación de la energía. La contribución a la ciencia de Max Planck es difícil de sobrestimar. En definitiva, sus descubrimientos no tienen precio para la física, la química, la historia, la metodología y la filosofía.
teoría cuántica de campos
En pocas palabras, la teoría cuántica de campos es una teoría de la descripción de las micropartículas, así como de su comportamiento en el espacio, la interacción entre ellas y las transformaciones mutuas. Esta teoría estudia el comportamiento de los sistemas cuánticos dentro de los llamados grados de libertad. Este hermoso y romántico nombre no nos dice nada a muchos de nosotros. Para los tontos, los grados de libertad son el número de coordenadas independientes que se necesitan para indicar el movimiento de un sistema mecánico. En términos simples, los grados de libertad son características del movimiento. Steven Weinberg hizo descubrimientos interesantes en el campo de la interacción de partículas elementales. Descubrió la llamada corriente neutra, el principio de interacción entre quarks y leptones, por lo que recibió el Premio Nobel en 1979.
La teoría cuántica de Max Planck
En los años noventa del siglo XVIII, el físico alemán Max Planck emprendió el estudio de la radiación térmica y finalmente obtuvo una fórmula para la distribución de la energía. La hipótesis cuántica, que nació en el curso de estos estudios, marcó el comienzo de la física cuántica, así como de la teoría cuántica de campos, descubierta en el año 1900. La teoría cuántica de Planck es que durante la radiación térmica, la energía producida se emite y se absorbe no de manera constante, sino episódica, cuánticamente. El año 1900, gracias a este descubrimiento realizado por Max Planck, se convirtió en el año del nacimiento de la mecánica cuántica. También vale la pena mencionar la fórmula de Planck. En resumen, su esencia es la siguiente: se basa en la relación entre la temperatura corporal y su radiación.
Teoría cuántica-mecánica de la estructura del átomo.
La teoría mecánica cuántica de la estructura del átomo es una de las teorías básicas de los conceptos en la física cuántica y, de hecho, en la física en general. Esta teoría nos permite comprender la estructura de todo lo material y abre el velo del secreto sobre en qué consisten realmente las cosas. Y las conclusiones basadas en esta teoría son muy inesperadas. Considere la estructura del átomo brevemente. Entonces, ¿de qué está hecho realmente un átomo? Un átomo consta de un núcleo y una nube de electrones. La base del átomo, su núcleo, contiene casi toda la masa del átomo mismo, más del 99 por ciento. El núcleo siempre tiene una carga positiva y determina el elemento químico del que forma parte el átomo. Lo más interesante del núcleo de un átomo es que contiene casi toda la masa del átomo, pero al mismo tiempo ocupa solo una diezmilésima parte de su volumen. ¿Qué se sigue de esto? Y la conclusión es muy inesperada. Esto significa que la materia densa en el átomo es solo una diezmilésima. ¿Y qué hay de todo lo demás? Todo lo demás en el átomo es una nube de electrones.
La nube de electrones no es una sustancia permanente e incluso, de hecho, no material. Una nube de electrones es solo la probabilidad de que aparezcan electrones en un átomo. Es decir, el núcleo ocupa sólo una diezmilésima parte del átomo, y todo lo demás es vacío. Y si tenemos en cuenta que todos los objetos que nos rodean, desde las partículas de polvo hasta los cuerpos celestes, los planetas y las estrellas, están formados por átomos, resulta que, de hecho, todo lo material está compuesto por más del 99 por ciento de vacío. Esta teoría parece completamente increíble, y su autor, por lo menos, un engañado, porque las cosas que existen alrededor tienen una consistencia sólida, tienen peso y se pueden sentir. ¿Cómo puede consistir en vacío? ¿Se ha deslizado un error en esta teoría de la estructura de la materia? Pero aquí no hay error.
Todas las cosas materiales parecen densas solo debido a la interacción entre los átomos. Las cosas tienen una consistencia sólida y densa solo debido a la atracción o repulsión entre los átomos. Esto asegura la densidad y la dureza de la red cristalina de productos químicos, de la que se compone todo lo material. Pero, un punto interesante, cuando, por ejemplo, las condiciones de temperatura del ambiente cambian, los enlaces entre los átomos, es decir, su atracción y repulsión, pueden debilitarse, lo que conduce a un debilitamiento de la red cristalina e incluso a su destrucción. Esto explica el cambio en las propiedades físicas de las sustancias cuando se calientan. Por ejemplo, cuando el hierro se calienta, se vuelve líquido y se le puede dar cualquier forma. Y cuando el hielo se derrite, la destrucción de la red cristalina provoca un cambio en el estado de la materia, y pasa de sólido a líquido. Estos son claros ejemplos del debilitamiento de los enlaces entre átomos y, en consecuencia, el debilitamiento o destrucción de la red cristalina, y permiten que la sustancia se vuelva amorfa. Y la razón de tan misteriosas metamorfosis es precisamente que las sustancias consisten en materia densa solo en una diezmilésima parte, y todo lo demás es vacío.
Y las sustancias parecen ser sólidas solo debido a los fuertes enlaces entre los átomos, con cuyo debilitamiento, la sustancia cambia. Por lo tanto, la teoría cuántica de la estructura del átomo nos permite tener una mirada completamente diferente al mundo que nos rodea.
El fundador de la teoría del átomo, Niels Bohr, presentó un concepto interesante de que los electrones en el átomo no irradian energía constantemente, sino solo en el momento de transición entre las trayectorias de su movimiento. La teoría de Bohr ayudó a explicar muchos procesos intraatómicos y también hizo un gran avance en la ciencia de la química, explicando el límite de la tabla creada por Mendeleev. Según , el último elemento que puede existir en el tiempo y el espacio tiene el número de serie ciento treinta y siete, y los elementos a partir del ciento treinta y ocho no pueden existir, ya que su existencia contradice la teoría de la relatividad. Además, la teoría de Bohr explicaba la naturaleza de un fenómeno físico como el espectro atómico.
Estos son los espectros de interacción de los átomos libres que surgen cuando se emite energía entre ellos. Tales fenómenos son típicos para sustancias gaseosas, vaporosas y sustancias en estado de plasma. Así, la teoría cuántica supuso una revolución en el mundo de la física y permitió a los científicos avanzar no solo en el campo de esta ciencia, sino también en el campo de muchas ciencias afines: la química, la termodinámica, la óptica y la filosofía. Y también permitió a la humanidad penetrar en los secretos de la naturaleza de las cosas.
Todavía queda mucho por hacer por parte de la humanidad en su conciencia para darse cuenta de la naturaleza de los átomos, para comprender los principios de su comportamiento e interacción. Habiendo entendido esto, podremos entender la naturaleza del mundo que nos rodea, porque todo lo que nos rodea, comenzando con las partículas de polvo y terminando con el sol mismo, y nosotros mismos, todo consiste en átomos, cuya naturaleza es misteriosa. y asombroso y lleno de muchos secretos.