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Materia, ondas y naturaleza: la dualidad onda corpúsculo

Por Alberto Requena Rodríguez - Luis Manuel Tomás Balibrea

La luz y la materia, tan dististas y distantes, aparentemente, tienen propiedades coincidentes. Pero la Física Clasica distingue muy bien entre partículas materiales y ondas.

Publicado: Lunes, 24/11/2008 - 6:46  | 8043 visitas.

Onda-partícula congelada en un experimento
Onda-partícula congelada en un experimento
Imagen: Agencias / Internet
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Las primeras exhiben una realidad espacial, teniendo masa, mientras que las segundas no tienen masa, aunque se extienden por el espacio a una velocidad definida. La Física Cuántica, sin embargo no considera diferencias fundamentales entre ambas.

Anteriormente a Einstein ya se habían detectado complicidades entre la radiación y la materia, porque examinando el comportamiento del selenio, Smith reparó a mediados del siglo XIX que aumentaba la conductividad eléctrica cuando se iluminaba. Otro fenómeno parecido acontecía con la célula solar que construyó Fritts en 1884, que recubrió una célula de selenio con una fina capa de oro y logró la transformación de energía luminosa en energía eléctrica. En 1887 Hertz identificó el efecto fotoeléctrico que encontró explicación cabal en la aportación de Einstein en 1905 que incorporó el concepto de cuanto introducido por Planck para explicar el umbral que hay que superar para poder arrancar un electrón de un material haciendo incidir radiación sobre él, lo que se denominaría función de trabajo. La interacción tenía lugar mediante paquetes de energía que denominaron cuantos. Esta explicacion le valió el premio Nobel.

De Broglie en 1924 introdujo en su Tesis Doctoral el concepto ondas de materia. Vino a formular una hipótesis complementaria a la que utilizó Einstein para dar explicación al efecto fotoeléctrico, consistente en que un material emite electrones cuando se ilumina con radiación visible o ultravioleta. Se ponía fin a una acumulación de hechos que habían llevado a interpretaciones diferentes. Por una lado, la formulación de la teoría atómica a finales del XIX, concebía la materia constituida por partículas elementales denominadas átomos. La electricidad, concebida inicialmente como fluido, término que empleamos en la actualidad, vino a alterarse tras la aportación de Thomson que evidenció que se trataba de un flujo de partículas, llamadas electrones, como se desprendía de los experimentos efectuados con rayos catódicos. La conclusión podía ser que la Naturaleza estaba constituida por partículas. Pero por otro lado las ondas y sus manifestaciones más genuinas como son la difracción y la interferencia parecían ser comunes con las propiedades observadas a la luz, como demostró Young. En este escenario se cambió de siglo con la aportación adicional de Planck que interpretó la radiación del cuerpo negro considerando hipotéticamente la existencia de unos cuantos de energía a los que llamó fotones, con lo que conciliaba el comportamiento de la radiación, la génesis de la misma y su relación con la longitud de onda y la energía con las características de la onda producida. Einstein con el efecto fotoeléctrico en que empleó la propuesta de Planck, daba paso a la concepción de que la luz poseía las propiedades de una partícula. Posteriormente los electrones también mostraron propiedades de ondas al detectarse la difracción, con lo que pasaron a engrosar la lista de partículas que también se comportaban como ondas. Conceptualmente todo quedaba confuso hasta que se formalizó la nueva Mecánica, denominada Cuántica que vendría a enmarcar las propiedades de partículas y ondas como manifestaciones que dependen del escenario en que se contemplen. La ecuación de Scrhödinguer describe a cualquier partícula de la naturaleza y sus soluciones se denominan funciones de onda, que vienen a reflejar los comportamientos ondulatorios de la materia. Estas funciones describen fenómenos de interferencia y difracción, pero al mismo tiempo nos proporcionan la probabilidad de que la partícula material se encuentre en una posición determinada. Así, si buscamos un partícula, la encontraremos y si queremos detectar una onda, no hay nada que lo impida. Pero esta propiedad no es privativa de unas determinadas partículas, sino que cualquier particula tiene asociada una onda como De Broglie propuso, otra cosa es que si el tamaño de la partícula es muy grande, la longitud de la onda asociada es suficientemente pequeña como para que resulte ser despreciable.

Einstein no solo estableció referencias ineludibles en el marco científico, sino que inspiró buena parte de los desarrollos científicos efectuados en el siglo pasado. De Broglie, al amparo de la propuesta de Einstein de que en determinados procesos la luz se comportaba como corpúsculos, pensó que bien pudiera ocurrir, también, lo contrario, que las partículas materiales exhibieran comportamiento ondulatorio. En 1990 el fulereno con una masa atómica de 720, 1 nanometro de diámetro y 60 carbonos en su cadena, lo que supone una longitud de onda de Broglie de 2.5 picometros, fué detectada. Es el objeto mayor en el que se han detectado propiedades ondulatorias.

Publicado originalmente en El Faro de Cartagena (España)

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