Insuficiencia de la Física Clásica

Durante mas de 200 años desde los días de Newton, hasta el final de del siglo XIX, los físicos habían construido una visión del mundo increíblemente elaborada y básicamente mecánica. El universo entero se suponía que trabajaba como un gigantesco reloj, en cuyo interior se podía conocer y predecir hasta el mas mínimo detalle de funcionamiento. Por medio de las leyes de la gravedad, del calor, de la luz y el magnetismo, de los gases, los fluidos y los sólidos; cada aspecto del mundo material podía ser en principio parte de un vasto mecanismo lógico. Cada causa física, generaba algún efecto predecible, cada efecto observado podía ser rastreado a una única y precisa causa. La tarea de los físicos era justamente rastrear esas articulaciones entre causa y efecto, de manera de poder hacer que el pasado fuera entendible y el futuro predecible, la acumulación del conocimiento teórico-experimental se tomaba sin discusión para brindar una visión coherente del universo aun con un enfoque mas agudo y preciso. Cada nueva pieza de conocimiento agregaba otro engranaje al reloj del universo. Esta  era la situación a final del siglo XIX, los físicos clásicos aspiraban a explicar con una claridad cada vez más precisa hasta el ultimo confín de este universo mecánico. Surge la corriente determinista.

A finales del siglo XIX y primeros del XX se producen una serie de descubrimientos que ponen de manifiesto la insuficiencia de la física clásica cuando se aplican al mundo de lo muy pequeño o de lo muy grande, al átomo y al Universo. En el primer caso la física “determinista” clásica se sustituye por la teoría cuántica (de estudio estadístico y probabilístico); en el segundo, la mecánica newtoniana es sustituida por la teoría especial de la relatividad.

Durante siglos nuestro conocimiento adquirido se fundamentaba en la premisa básica que nos habla de la existencia de una realidad externa objetiva y definida, independientemente de cuan poco o mucho conozcamos de ella. Es difícil encontrar el lenguaje o los conceptos para manejar una idea de realidad que solo llega a materializarse en algo real (valga la redundancia) cuando es medida, es decir cuando es observada. La luz es una partícula cuando colocamos detectores para medir la llegada de partículas, de lo contrario, la luz sufre interferencias, refracción y difracción como su comportamiento ondulatorio así lo determina.
Notemos otra diferencia crucial entre ambas físicas, el principio de incertidumbre, que solo existe en la cuántica. Este principio que dice que no podemos conocer simultáneamente dos variables complementarias como la velocidad y la posición de una partícula. Para los clásicos si medimos una propiedad intrínseca de una partícula, una vez realizada dicha medición, sabremos con exactitud el estado de dicha partícula y podríamos predecir el resultado de cualquier medición futura. Para los cuánticos, el acto de medición es un evento donde interactúan el que mide/observador y lo que es medido/observado para conjuntamente producir un resultado. El proceso de medición no significa determinar el valor de una propiedad física pre-existente. El principio de incertidumbre esta íntimamente ligado a la naturaleza probabilística de las mediciones cuánticas, esto significa que la mecánica cuántica predice acerca de la probabilidad de obtener tal o cual resultado, pero nunca puede con certeza decir en un caso individual que es lo que va a ocurrir.
Avancemos un poco mas en este tema de los comportamientos probabilísticos. Si arrojamos una moneda al aire diremos que las posibilidades de obtener cara o cruz serán de un 50 %. Si tuviéramos un mecanismo perfecto de observación, podríamos predecir cada vez que arrojamos las moneda cual será el resultado ( si cara o cruz). Podemos decir entonces que el concepto de probabilidad aquí esta cubriendo nuestra ignorancia en la medición por no contar con un mecanismo perfecto.
En física cuántica el concepto probabilístico es diferente. La probabilidad no cubre falta de información sino que es una característica intrínseca de la naturaleza. Ej: un fotón dentro de un haz de luz, tiene cierta probabilidad de pasar el vidrio o de reflejarse en el, sin ninguna explicación racional de porque algunos pasan y otros se reflejan, cuando todos provienen de la misma fuente y forman parte del mismo haz en las mismas condiciones. Bien esto que Einstein nunca acepto, parecería ser como la naturaleza se comporta a nivel micro sin importar si podemos entenderlo o no.

Introducción a la Física Moderna.
Algunos fenómenos que explican la insuficiencia de la Física Clásica
  • Teoría de la relatividad
  • la radiación de un cuerpo negro (catástrofe ultravioleta)
  • el efecto fotoeléctrico
  • el carácter discontinuo de los espectros atómicos
  • el efecto Compton
  • Hipótesis de Planck: cuantización de la energía
  • Teoría de Eistein del efecto fotoeléctrico: concepto de fotón (aspecto corpuscular de la radiación)
  • Espectros discontinuos: niveles de energía de los átomos
  • Hipótesis de De Broglie (aspecto ondulatorio de la materia)
  • Dualidad onda-copúsculo (superación de la dicotomía partícula-onda característica de la física clásica.
  • Principio de incertidumbre de Heinsenberg
  • Determinismo y probabilidad
  • Dominio de validez de la física clásica
  • Radiactividad
  • Interacciones nucleares
  • Partículas elementales.
  • Aplicaciones y riesgos de la fisión y fusión nuclear