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EL
TAMAÑO DEL ÁTOMO
Las
dimensiones del mundo atómico y su relación con el macro mundo
La
física que estudia y explica los fenómenos que ocurren en el dominio de los átomos,
de sus núcleos y de las partículas elementales se denomina cuántica; y la
teoría matemática básica que explica los movimientos y relaciones en este
campo se denomina mecánica cuántica. No se debe sin embargo pensar que la física
cuántica no corresponde al mundo macroscópico, en realidad toda la física es
cuántica; y las leyes de ésta tal como las conocemos hoy, constituyen nuestras
leyes MÁS GENERALES de la naturaleza.
En
el mundo macroscópico las leyes de la naturaleza que se han descubierto son las
denominadas leyes de la física clásica; en estas se tratan aquellos aspectos
de la naturaleza para los que la cuestión de cuál es la constitución última
de la materia no es algo que importe en forma inmediata. Cuando aplicamos las
leyes de la física clásica a los sistemas macroscópicos tratamos de describir
solamente ciertos rasgos globales del comportamiento del sistema. Los detalles más
finos del comportamiento del sistema se ignoran. En este sentido las leyes de la
física clásica son leyes aproximadas de la naturaleza y debemos considerarlas
como formas límite de las leyes de la física cuántica, más fundamentales y
que abarcan mucho más. Las teorías clásicas son teorías fenomenológicas.
Una teoría fenomenológica intenta descubrir y resumir hechos experimentales
dentro de un cierto dominio limitado de la física. No se persigue describirlo
todo en el reino de la física, pero si es una buena teoría fenomenológica,
describirá de manera muy precisa cualquier aspecto dentro de aquel dominio
limitado. En realidad toda teoría física es fenomenológica (trata de los fenómenos
o eventos o hechos que ocurren).
Como
decimos, las teorías clásicas no poseen validez universal, aunque son muy
buenas teorías fenomenológicas, no lo dicen todo acerca de los cuerpos macroscópicos.
Por ejemplo no podemos explicar por qué las densidades son lo que son, por qué
las constantes elásticas de los materiales tienen los valores que tienen, por
qué se rompe una barra cuando la sometemos a una tensión mas allá de cierto límite,
por qué el cobre funde a 1083ºC, por qué el vapor de sodio emite luz
amarilla, por qué brilla el sol, por qué el núcleo de uranio se desintegra
espontáneamente, por qué la plata conduce la electricidad, por qué el azufre
no conduce la electricidad; se podría seguir con muchos ejemplos de la vida
cotidiana o que tienen cierto impacto en muchas de las cosas de esta vida
cotidiana, acerca de los cuales la física clásica tiene poco o nada que
decirnos.
El
hombre siempre estuvo y sigue estando interesado en conocer o poder explicarse
de donde salió y como funciona todo, y por eso investiga buscando saber si
existe una teoría general de la materia. No tenemos hoy en día una teoría
detallada para todo lo que ocurre en nuestro mundo, sin embargo y sobre todo en
el siglo XX, es mucho lo que se avanzó, por ejemplo comprendiendo ahora muy
bien los hechos de la química y las propiedades de la materia macroscópica; en
estos dominios de la física se puede hoy responder a cuestiones que no podían
resolverse dentro de la teoría clásica.
Podemos
decir hoy que el modelo estándar de la física de las partículas, que se basa
en las reglas de la mecánica cuántica, nos dice como está construido el mundo
a partir de ciertos bloques fundamentales, que se mantienen unidos gracias al
intercambio de energía en forma de partículas; pero no creamos que dicho
modelo estándar es el definitivo ya que el ser humano a través de su
inteligencia sigue en la búsqueda. Ahora yo me pregunto ¿Por qué sigue en la
búsqueda? ¿Habrá algo innato, genético, incrustado en la naturaleza del
hombre que lo lleva a esta búsqueda? ¿Será una llamada o un mensaje dejado
por alguien? ¿Será la semejanza de un Dios creador que tenemos incorporada? Es
muy probable que a nadie le interese esto como para dedicarle mas que una fracción
de su tiempo; pero no podemos decir que sea cual fuere la duración de dicha
fracción, si alcanzamos a percibir algo aunque sea a través del intellectus,
nos quedamos totalmente maravillados.
Cuando
el físico Max Planck, estudió la radiación del cuerpo negro, que es un cuerpo
incandescente, sacó su conclusión de que la energía era absorbida y emitida
en cuantos de energía proporcionales a la frecuencia de la luz que se irradia.
La constante de esta proporcionalidad es un numero, muy pero muy pequeño, del
orden de 10-34 esto es
0,000000000000000000000000000000001. Es bueno ahora tratar de tener una cierta
sensibilidad para darnos cuenta lo lejos que están nuestras experiencias
diarias de lo que denominamos mundo cuántico. Si existiera un terrón de azúcar
de dicha dimensión en cm, necesitaríamos varios billones (exactamente 1034)
de dichos objetos para cubrir la distancia de 1 cm. Veamos que es esto en
nuestra realidad. Si tomáramos la misma cantidad de terrones de azúcar (1034)
y los pusiéramos uno al lado del otro, cubrirían una distancia de 1000
millones de años luz. El mundo cuántico opera en una escala mucho menor que la
relación existente entre la dimensión de un terrón de azúcar y la de todo el
universo observable.
Detengámonos
un momento en la dimensión de un átomo. Si aceptamos como modelo el de un núcleo
y una “nube” externa de electrones, la dimensión del núcleo es de 10-13
cm y la de todo el átomo, o sea con la nube de electrones es 10-8
cm; para percibir la relación, si el núcleo fuera de 1 cm, la nube de los
electrones más externos, estaría a una distancia de
105
cm esto es 1 Km.
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Última
modificación: 27 de septiembre de 2001)
--- La física cuántica casi sin
ecuaciones ---
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