Descubrimientos de Física que cambiaron el mundo: Dualidad onda-partícula de la materia

Siguiendo con la serie de post que decidí escribir hablando de descubrimientos de la física que cambiaron al mundo, creo que es muy importante analizar un descubrimiento que cambio la física y la ciencia en general. Un antes y un después en la física, sin lugar a dudas. Espero que les parezca interesante:

La dualidad onda-partícula de la materia

Imagen vía Flickr de Brent Zupp

En el contexto de la física clásica, lo que conocemos como partículas y ondas (dos entidades distintas, vamos) se comportan completamente distinto.

Pero de alguna manera, en los inicios del siglo XX un fenómeno conocido como la radiación de cuerpo oscuro intrigó a todos los científicos.No podían conciliar el comportamiento tan extraño que presentaba el cuerpo oscuro usando la física clásica.

Pero muchos de los científicos de la época pensaban que las leye de la física que tenían a la mano estaban completas… así que el problema se mantuvo sin solución hasta que un joven profesor alemán llamado Max Planck duró algunos meses pensando solamente en este problema. Hasta que un día cuando el cansado profesor y su hijo daban un paseo, le dijo “Hijo, he descubierto ua ley de la física que me va a poner al mismo nivel que Sir Isaac Newton”… y, en efecto, lo había hecho.

El encontró la solución al problema del cuerpo oscuro desafiando lo que era una de las bases de la física clásica. El explicó que la luz que se comportaba commpletamente como una onda (como lo decía la física clásica) se comportaba también como una partícula. Este momento marcó un hito en la física y definió la separación entre la física moderna y la física clásica.

Así que la idea se empezó a popularizar entre los científicos de la época, hasta que un estudiante francés de historia se topó con el trabajo de Planck acerca de la naturaleza de la luz. Este tipo era Louie de Broglie, y él le pregunto a su hermano, un físico que estaba ocupado en el laboratorio; “Hey, una onda que se comporta como partícula ¿por qué no una partícula que se comporta como una onda?”. Su hermano mayor sólo se río y le dijo que eso era ridículo.

¿Qué pasó? Louie dejó de estudiar historia para empezar a estudiar física. Se hizo doctor en la materia y su tesis la hizo en una disertación acerca de la dualidad onda-partícula. El panel encargado de califícar su texto dijo que era “idiota”. Pero de alguna manera, a uno de los panelistas decidió mandar el trabajo a Albert Einstein; el creador de la teoría general de la relatividad, después de darle un vistazo no pudo menos que decir “Esto es muy interesante“. Tan interesante que publicó un artículo usando la idea de la tésis de De Broglie.

En Francia, De Broglie se hizo doctor en física, se hizo famoso y de hecho ganó el Premio Nobel de Física de 1929 cuando si teoría fue verificad por dos científicos estadounidenses especializados en ezperimentación, Clinton Davisson y George Thompson. Ellos descubriron la difracción (un atributo propio de las ondas solamente) de los electrones, cosa que confirmo la naturaleza de onda de las partículas. Por su experimento a ellos les fué otorgado el Nobel de Física de 1937.

Esta dualidad onda-partícula se ha convertido en la bas e de la mecánica cuántica, la física que mejor escribe el comportamiento atómico de la materia. A pesar de ser controversial cada día se le conocen más aplicaciones.

El transistror, que ha revolucionado la electrónica de consumo, tuvo que ser diseñado considerando los efectos cuánticos. Los bulbos de vacío, hacían a las computadoras gigantescas y letas, mientras que los transistores han ayudado a crear nuestras laptops. Las maquinas de resonancias magnéticas, una invaluable herramienta médica moderna, tuvo que ser diseñaa considerando estos efectos cuánticos.

Así como estos, hay muchos ejemplos de aplicaciones prácticas a esta teoría que nos han funcionado bastante bien y nos han ayudado a mantener nuestro estilo de vida tan moderno e interesante.

Enlace: Dualidad Onda-Partícula de la materia