Presentaci

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Desvelando el Universo
Del microcosmos al macrocosmos
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UNIVERSIDAD PARA LOS MAYORES
Desvelando el Universo (del microcosmos al
macrocosmos)
Tema 3 Física Cuántica
Antonio López Maroto Departamento de Física
Teórica I
(20 de marzo de 2012)
3
Tema 0 Introducción Tema 1 La visión del mundo
previa al siglo XX Tema 2 Relatividad
Especial Tema 3 Física Cuántica Tema 4
Gravitación y Cosmología Tema 5 Física atómica y
nuclear Tema 6 Física de partículas Actividad
Complementaria El mundo de las partículas y los
aceleradores Tema 7 Historia de la Astronomía y
Astronomía básica Tema 8 Los instrumentos del
astrónomo Tema 9 El trabajo del astrónomo
profesional Tema 10 El Sistema Solar Actividad
Complementaria Visita al Observatorio UCM Tema
11 Las estrellas Tema 12 El medio interestelar
y la Vía Láctea Tema 13 Las galaxias Tema 14
Cosmología observacional
PROGRAMA Curso 2012
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Las limitaciones de la Física Clásica
FÍSICA CLÁSICA
 
Relatividad Especial
Velocidades pequeñas v ltlt c
 
Tamaños grandes
Física Cuántica
 
Relatividad General
Campos gravitatorios débiles
5
1 m
Un paseo por el microcosmos
Escala humana
6
0.1 m 10 cm
Tamaño típico de un hoja o una mano
106
7
0.01 m 1 cm
106
Tamaño típico de un insecto
8
0.001 m 1 milímetro
Tamaño típico del ojo de un insecto
9
0,000.1 m 0.1 milímetros
10
0,000.01 m 10 micras
Tamaño típico de un linfocito
11
0,000.001 m 1 micra
Tamaño típico de un cromosoma
12
0,000.000.1 m 0.1 micras
Detalle de un cromosoma
13
0,000.000.01 m 100 angstrom
Tamaño típico del grosor de una molécula de DNA
14
0,000.000.001 m 10 angstrom 1 nanómetro
Tamaño típico de una molécula Escala de la
nanotecnología
15
0,000.000.000.1 m 1 angstrom
Tamaño típico de un átomo
16
0,000.000.000.01 m 0,1 angstrom
17
0,000.000.000.001 m 1 picómetro
18
0,000.000.000.000.1 m 0,1 picómetro
19
0,000.000.000.000.01 m 10 fermi
Tamaño típico de un núcleo atómico
20
0,000.000.000.000.001 m 1 fermi
Tamaño típico de un nucleón
21
0,000.000.000.000.000.1 m 0,1 fermi
22
(No Transcript)
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La Física Clásica materia y luz
Mecánica de Newton Materia (partículas)
Electromagnetismo de Maxwell Luz (ondas)
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El electromagnetismo de Maxwell
- Describe los campos eléctricos y magnéticos
producidos por cargas y corrientes. - Predice la
existencia de ondas electromagnéticas
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Ondas propiedades
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Ondas electromagnéticas espectro
27
Ondas electromagnéticas espectro
28
Ondas interferencia
29
Ondas interferencia
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El determinismo de la Física Clásica
Newton y Maxwell enunciaron de forma matemática
precisa las leyes de la mecánica clásica, el
electromagnetismo y la gravitación. Esta leyes
permitían predecir el movimiento de los cuerpos,
y la evolución de los campos electromagnéticos de
forma causal y determinista.
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El determinismo de la Física Clásica
Este hecho llevó a Laplace a afirmar que si una
mente superior conociera exactamente las
posiciones y velocidades de todas las partículas
que constituyen el Universo, y tuviera una
capacidad de cálculo suficiente, podría alcanzar
a saber con toda precisión cada detalle de la
evolución futura del Universo.
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Luz y materia ondas o partículas?
Materia
Luz
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La Mecánica Cuántica
a) Propiedades corpusculares de la radiación b)
Propiedades ondulatorias de la materia c)
Principio de indeterminación de Heisenberg d)
Interpretación probabilística de la función de
onda e) Relatividad y teoría cuántica el vacío
cuántico
Bohr
Dirac
Heisenberg
Schrödinger
Planck
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La radiación del cuerpo negro Planck (1900)
Cuantos de energía
Planck
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El efecto fotoeléctrico Einstein (1905)
Einstein
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(No Transcript)
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El modelo atómico de Bohr (1916)
Bohr
38
El modelo atómico de Bohr (1916)
Bohr
Ondas de materia de Broglie
39
El modelo atómico de Bohr
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El experimento de la doble rendija
http//www.youtube.com/watch?vatYFsSksGa0feature
fvwrel
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La dualidad onda-partícula
Según la mecánica cuántica no hay diferencias
fundamentales entre partículas y ondas las
partículas pueden comportarse como ondas y
viceversa. (Stephen Hawking, 2001)
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La ecuación de Schrödinger (1925)
E. Schrödinger
Toda la información sobre el sistema físico
está contenida en la función de onda y
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La interpretación probabilística de la Mecánica
Cuántica
La posición de la partícula está esencialmente
indeterminada!
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Mecánica Clásica vs. Mecánica Cuántica
45
El principio de indeterminación de Heisenberg
(1927)
W. Heisenberg
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Partícula en una caja función de onda
47
El efecto túnel
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Átomo de hidrógeno función de onda
Solamente existen soluciones para valores
discretos de la energía y del momento angular
n 0, 1, 2, 3... l s, p, d, f
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El gato de Schrödinger
Mientras la caja no se abra (si no se realiza
una medida), el gato permanece en un estado
superposición de vivo y muerto
Sólo cuando se abre la caja (se realiza la
medida), el sistema decide si el gato está vivo
o muerto
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El gato de Schrödinger múltiples universos
51
M. Born
A. Einstein
Dios no juega a los dados con el Universo
(Albert Einstein)
"Tú crees en un Dios que juega a los dados y yo
creo en una ley y un orden completos en un mundo
que existe objetivamente
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Relatividad y Mecánica Cuántica
Equivalencia masa-energía
Principio de indeterminación
El vacío está poblado de pares partícula-antipartí
cula que se crean y aniquilan continuamente
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Física Cuántica conclusiones
A pequeñas escalas no hay diferencias
fundamentales entre partículas y ondas. Las
partículas pueden comportarse como ondas y
viceversa
La energía y otras magnitudes físicas están
cuantizadas
Las magnitudes físicas sólo pueden determinarse
probabilísticamente
Existe una limitación fundamental a la
información que podemos conocer de la Naturaleza
principio de incertidumbre