Por más vueltas que le daba a los números cuánticos de
Dirac y al principio de exclusión de
Pauli, pensaba
que debía haber una razón fundamental para la
existencia de unos y otro.
Se puso a pensar que para definir a un electrón se
deberían considerar tanto su posición como su
movimiento, es decir, deberían utilizarse dos números
cuánticos para tal definición.
Como ven, la cosa se complica cada vez más, y es que
el mundo de la Física, es cada vez más del dominio de
los matemáticos, para poder "entenderlo", no nos va a
quedar mas remedio que aprender matemáticas.
De cualquier manera, no creo que ellos "entiendan"
mucho de lo que están hablando, pero lo hacen como si
de veras lo supieran.
Para hacer pasar al electrón de un estado a otro,
debería de manipular estos pares de números que lo
definían. Ya se había descubierto en matemáticas una
forma de manipular conjuntos de números, a esta rama
de las matemáticas le llaman teoría de las matrices.
Para dar una idea de que se trata, hablaremos del
ajedrez.
Yo no sé si a ustedes les guste este juego, a mí en lo
particular no me hace mucha gracia, porque hay que
pensar mucho y aprisa y a mí siempre me ha dado mucha
flojera pensar, sobre todo aprisa y acabo siempre
perdiendo.
El ajedrez se juega en un tablero que tiene 64 cuadros
8 x 8, que los podemos dividir en ocho columnas de
ocho hileras; si a las columnas las bautizamos con
letras y a las hileras con números, podemos determinar
cualquier cuadro con el nombre de la columna y la
hilera correspondiente, es decir con dos números.
Por ejemplo, el caballo de la reina de blancas,
podemos decir que está en el cuadro b1 y lo podemos
mover al cuadro c3, los que saben ajedrez, lo
entenderán perfectamente.
Es decir, podemos definir la posición en que estaba
antes de la jugada y la posición en que queda después
de la misma.
Para los que no sabemos ajedrez, bástenos saber que
esa ficha estaba en el cuadro b1 y ahora está en el
cuadro c3, sin importarnos como pasó de uno al otro.
Igual le sucedía a Heisenberg, que se ponía a jugar
ajedrez con los electrones, decía: podemos saber el
estado inicial de un electrón y luego su estado final,
describiendo cada uno con dos números: p (movimiento)
y q (posición), sin importar o saber cómo pasa de uno
a otro.
Podemos conocer el producto pq, pero nos es imposible
conocer con exactitud cada uno de los dos números
simultáneamente, es decir: podemos determinar cual es
la posición o el movimiento de un electrón, pero
mientras mejor conozcamos su movimiento menos
conoceremos cual es su posición y mientras mejor
determinemos su posición, menos sabremos cual es su
movimiento.
Este es el famoso principio de indeterminación de
Heisenberg.
Es más, podremos conocer cual era su estado inicial pq
y cual sea su estado final, sin importarnos cómo pasa
de uno a otro.
De aquí dedujo su famosa ecuación, principio básico de
la mecánica cuántica: pq-qp = h/i, que fija el grado
de indeterminación en la posición y movimiento de un
electrón.
Los que saben de matrices (cosa que yo ignoro), dicen
que éstas no son conmutables, o sea que el producto pq,
puede no ser igual a qp; en las matrices usadas por
Heisenberg, esta diferencia está dada por la relación
de la constante de Planck h, e i, siendo i el número
imaginario raíz cuadrada de -1.
Los números imaginarios, generalmente están
relacionados con ondas y los electricistas tenemos que
valernos de ellos con frecuencia.
¿Recuerdan cuando hablábamos de los vectores y
decíamos que los podíamos hacer girar?
Podemos representarlo gráficamente.
Tomemos un vector "i" y lo podemos representar
gráficamente por una flecha, colocamos su origen en
cero y su extremo verticalmente hacia arriba.
Digamos que cada vez que lo multipliquemos por sí
mismo, equivale a girarlo 90 grados (un ángulo recto)
en el sentido contrario a las manecillas del reloj.
Si multiplicamos i x i, nos producirá otro vector
horizontal, con su origen en cero y su extremo
horizontalmente a la izquierda.
Si éste lo volvemos a multiplicar: i x i x i, nos
producirá otro vector vertical con su origen en cero y
su extremo verticalmente hacia abajo y si lo volvemos
a multiplicar: i x i x i x i, nos dará un vector
horizontal con su origen en cero y su extremo a la
derecha.
Pero: i x i = i2 y el cuadrado de raíz de
(-1) es -1, que es un número que le llamamos real,
aunque sea negativo.
Si hacemos el trazo gráficamente, veremos que
obtenemos dos ejes: uno vertical donde aparece i y -i
y otro horizontal donde aparece -1 y +1.
A -1 y +1 les llamamos números reales y a -i y +i les
llamamos números imaginarios.
Entonces el eje horizontal representa a los números
reales (positivos o negativos) y el eje vertical a los
números imaginarios (positivos o negativos).
Estos números "imaginarios", son tan "reales" como los
números reales y viceversa.
Cualquier número que no coincida con ninguno de los
ejes, le llamamos número complejo y está formado por
una parte real y una parte imaginaria.
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Recordarán que si tomábamos la proyección de la parte
vertical (imaginaria) del vector y la trazábamos en el
tiempo, tomando el tiempo en el eje horizontal, dicha
proyección gráfica nos representa una onda senoidal;
¿recuerdan?, el voltaje producido por un alternador
monofásico.
La parte imaginaria de la ecuación de Heisenberg
implica una onda.
Otra vez nos aparece la dualidad del electrón como
onda o partícula, que había deducido
Einstein en su
efecto fotoeléctrico.
Una onda no podemos "fijarla" en el espacio, está aquí
o allá, pero podemos saber perfectamente su velocidad
de propagación.
Una partícula. Podemos saber donde está, pero en un
instante dado no podemos decir cómo se está moviendo.
Esta es otra vez la indeterminación de Heisenberg.
Si lanzamos un fotón, a cierta distancia de su
lanzamiento, podremos calcular la probabilidad de que
se encuentre en un punto u otro, pero no podemos decir
con certeza en cual de ellos se encuentra.
Creo que este experimento, merece un capítulo aparte.
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