¿Cómo entender la física cuántica

Tenga en cuenta que las partículas masivas experimentan una transición desde la clásica hasta cuántica. Incluso si la pantalla de electrones libres ciertas propiedades cuánticas (por ejemplo, giro), como el electrón libre se acerca al átomo y se ralentiza (tal vez mediante la emisión de fotones), experimenta una transición desde la clásica a la comportamiento cuántico, ya que su energía desciende por debajo de su energía de ionización. El electrón es entonces unido al átomo, y su momento angular con respecto al núcleo atómico se limita a valores cuantificados de orbital que puede ocupar. La transición es rápido. Se podría comparar con la de un sistema mecánico que difieren del comportamiento inestable y la exhibición estable de comportamiento caótico o incluso un cohete espacial se ralentiza y se reduce a estar por debajo de la velocidad de escape y entrar en órbita con una estrella u otro objeto celeste. Por el contrario, los fotones (que no tienen ningún peso) no experimentan una transición tales: sólo viajan a través del espacio sin ningún cambio hasta que interactúa con otras partículas y luego desaparecen. Al observar el cielo nocturno, los fotones de una estrella habrán viajado a muchos años luz de espacio sin cambios y luego interactuado con un electrón en una molécula de su retina, transfiriendo su energía y, finalmente, desaparecer.

Comprender la dualidad onda-partícula. Se postula que toda la materia presenta propiedades de onda y partícula. A medida que el concepto central de la mecánica cuántica, esta dualidad se refiere a la incapacidad de los conceptos clásicos como "partícula" y "ola" para describir completamente el comportamiento de los objetos en la escala cuántica. Para una comprensión más completa de la dualidad de la materia, es necesario conocer los conceptos de efecto Compton, efecto fotoeléctrico, la longitud de onda de De Broglie y la fórmula de Planck de la radiación del cuerpo negro. Todos estos efectos y teorías demuestran la naturaleza dual de la materia. Hay diferentes experimentos a la luz de los científicos que demuestran que la luz tiene una naturaleza dual, es decir, se comporta como una partícula y como onda de la naturaleza. En 1901, Max Planck publicó un análisis éxito en la reproducción y la observación del espectro de la luz emitida por un objeto brillante. Para ello, Planck tuvo que desarrollar un enunciado matemático de acción ad hoc osciladores cuantificados (átomos del cuerpo oscuro) que emiten radiación. Fue Einstein quien propuso más tarde que la propia radiación electromagnética se cuantifica en fotones.

Comprender la función de onda. Una función de onda es una herramienta matemática de la mecánica cuántica que describe el estado cuántico de un sistema de partículas o partículas. Se aplica comúnmente como partículas de propiedad en relación con la dualidad onda-partícula, que se llama ψ (posición, tiempo), y donde | ψ | Es igual a la probabilidad de encontrar el objeto en un determinado tiempo y lugar. Por ejemplo, en un átomo con un solo electrón, tal como hidrógeno o helio ionizado, la función de onda de electrones proporciona una descripción completa de cómo se comporta este electrón. Se puede descomponer en una serie de orbitales atómicos que forman la base para posibles futuras funciones de onda. En los átomos con más de un electrón (o cualquier sistema con múltiples partículas), el espacio subyacente es posibles configuraciones de todos los electrones, y la función de onda describe la probabilidad de estos ajustes. Para resolver problemas relacionados con la función de onda, la familiaridad con los números complejos es un requisito previo. Otros requisitos incluyen matemáticas en álgebra lineal, la fórmula de Euler para el análisis complejo y la notación bra-ket.

Entender la ecuación de Schrödinger. Esta es una ecuación que describe cómo el estado cuántico de un sistema físico cambia en el tiempo. Es tan central en la mecánica cuántica que las leyes de Newton son la mecánica clásica. Las soluciones a la ecuación de Schrödinger que describe no sólo los sistemas moleculares, atómicas y subatómicas, sino también los sistemas macroscópicos, posiblemente incluso el universo en su conjunto. La forma más general depende ecuación de Schrödinger de tiempo, que proporciona una descripción de un sistema que evoluciona con el tiempo. En los sistemas en estado estacionario, la ecuación de Schrödinger independiente del tiempo es suficiente. La ecuación de Schrödinger se utiliza comúnmente en el cálculo de los niveles de energía y otras propiedades de los átomos y moléculas.