En física , un cuanto ( cuantos plural ) es la cantidad mínima de cualquier entidad física ( propiedad física ) involucrada en una interacción . La noción fundamental de que una propiedad física puede "cuantificarse" se denomina "hipótesis de cuantificación ". [1] Esto significa que la magnitud de la propiedad física sólo puede tomar valores discretos que constan de múltiplos enteros de un cuanto.
Por ejemplo, un fotón es un único cuanto de luz (o de cualquier otra forma de radiación electromagnética ). De manera similar, la energía de un electrón unido dentro de un átomo se cuantifica y solo puede existir en ciertos valores discretos. (Los átomos y la materia en general son estables porque los electrones sólo pueden existir a niveles de energía discretos dentro de un átomo). La cuantificación es uno de los fundamentos de la física mucho más amplia de la mecánica cuántica . La cuantificación de la energía y su influencia en cómo interactúan la energía y la materia ( electrodinámica cuántica ) es parte del marco fundamental para comprender y describir la naturaleza.
Etimología y descubrimiento
La palabra cuántica es el singular neutro del adjetivo interrogativo latino quantus , que significa "cuánto". "Quanta", el plural neutro, abreviatura de "cuantos de electricidad" (electrones), se utilizó en un artículo de 1902 sobre el efecto fotoeléctrico de Philipp Lenard , quien atribuyó a Hermann von Helmholtz el uso de la palabra en el área de la electricidad. Sin embargo, la palabra cuántica en general era bien conocida antes de 1900, [2] por ejemplo, cuántico se usó en Loss of Breath de EA Poe . Los médicos lo usaban a menudo , como en el término quantum satis . Tanto Helmholtz como Julius von Mayer eran médicos además de físicos. Helmholtz usó el cuanto con referencia al calor en su artículo [3] sobre el trabajo de Mayer, y la palabra cuanto se puede encontrar en la formulación de la primera ley de la termodinámica por Mayer en su carta [4] fechada el 24 de julio de 1841.
En 1901, Max Planck usó cuantos para significar "cuantos de materia y electricidad", [5] gas y calor. [6] En 1905, en respuesta al trabajo de Planck y al trabajo experimental de Lenard (quien explicó sus resultados usando el término cuantos de electricidad ), Albert Einstein sugirió que la radiación existía en paquetes espacialmente localizados que llamó "cuantos de luz" ( "Lichtquanta"). [7]
El concepto de cuantificación de radiación fue descubierto en 1900 por Max Planck , quien había estado tratando de comprender la emisión de radiación de objetos calientes, conocida como radiación de cuerpo negro . Suponiendo que la energía puede ser absorbida o liberada sólo en paquetes diminutos, diferenciales y discretos (a los que llamó "haces" o "elementos de energía"), [8] Planck explicó que ciertos objetos cambiaban de color cuando se calentaban. [9] El 14 de diciembre de 1900, Planck informó sus hallazgos a la Sociedad Alemana de Física e introdujo la idea de cuantificación por primera vez como parte de su investigación sobre la radiación de cuerpo negro. [10] Como resultado de sus experimentos, Planck dedujo el valor numérico de h , conocido como la constante de Planck , y reportó valores más precisos para la unidad de carga eléctrica y el número de Avogadro-Loschmidt , el número de moléculas reales en un mol. , a la Sociedad Alemana de Física. Después de que su teoría fuera validada, Planck recibió el Premio Nobel de Física por su descubrimiento en 1918.
Cuantización
Si bien la cuantificación se descubrió por primera vez en la radiación electromagnética, describe un aspecto fundamental de la energía no solo restringido a los fotones. [11] En el intento de poner la teoría de acuerdo con el experimento, Max Planck postuló que la energía electromagnética se absorbe o se emite en paquetes discretos o cuantos. [12]
Ver también
- Partícula elemental
- Graviton
- Introducción a la mecánica cuántica
- Quantum de flujo magnético
- Fotón
- Polarización de fotones
- Cuantización (física)
- Autómatas celulares cuánticos
- Canal cuántico
- Cognición cuántica
- Coherencia cuántica
- Cromodinámica cuántica
- Computadora cuántica
- Criptografía cuántica
- Punto cuántico
- Electrodinámica cuántica
- Electrónica cuántica
- Entrelazamiento cuántico
- Ficción cuántica
- Teoría cuántica de campos
- Inmortalidad cuántica
- Litografía cuántica
- Mecánica cuántica
- Mente cuántica
- Misticismo cuántico
- Número cuántico
- Óptica cuántica
- Sensor cuántico
- Estado cuántico
- Partícula subatómica
- Teletransportación cuántica
Referencias
- ^ Wiener, N. (1966). Espacio diferencial, sistemas cuánticos y predicción . Cambridge: Prensa del Instituto Tecnológico de Massachusetts
- ^ E. Cobham Brewer 1810–1897. Diccionario de frase y fábula. 1898.
- ^ E. Helmholtz, Priorität de Robert Mayer Archivado el 29 de septiembre de 2015 en la Wayback Machine (en alemán)
- ^ Herrmann, Armin (1991). "Heimatseite von Robert J. Mayer" (en alemán). Weltreich der Physik, GNT-Verlag. Archivado desde el original el 9 de febrero de 1998.CS1 maint: bot: estado de URL original desconocido ( enlace )
- ^ Planck, M. (1901). "Ueber die Elementarquanta der Materie und der Elektricität" (PDF) . Annalen der Physik (en alemán). 309 (3): 564–566. Código Bibliográfico : 1901AnP ... 309..564P . doi : 10.1002 / y p.19013090311 .
- ^ Planck, Max (1883). "Ueber das thermodynamische Gleichgewicht von Gasgemengen" . Annalen der Physik (en alemán). 255 (6): 358–378. Código bibliográfico : 1883AnP ... 255..358P . doi : 10.1002 / yp.18832550612 .
- ^ Einstein, A. (1905). "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt" (PDF) . Annalen der Physik (en alemán). 17 (6): 132-148. Código Bibliográfico : 1905AnP ... 322..132E . doi : 10.1002 / yp.19053220607 .. Una traducción parcial al inglés está disponible en Wikisource .
- ^ Max Planck (1901). "Ueber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum (sobre la ley de distribución de energía en el espectro normal)" . Annalen der Physik . 309 (3): 553. Código Bibliográfico : 1901AnP ... 309..553P . doi : 10.1002 / y p.19013090310 . Archivado desde el original el 18 de abril de 2008.
- ^ Brown, T., LeMay, H., Bursten, B. (2008). Química: The Central Science Upper Saddle River, Nueva Jersey: Pearson Education ISBN 0-13-600617-5
- ^ Klein, Martin J. (1961). "Max Planck y los inicios de la teoría cuántica". Archivo de Historia de las Ciencias Exactas . 1 (5): 459–479. doi : 10.1007 / BF00327765 .
- ^ Melville, K. (2005, 11 de febrero). Demostración de efectos cuánticos del mundo real
- ^ Tercera edición de Modern Applied Physics-Tippens; McGraw-Hill.
Otras lecturas
- B. Hoffmann, The Strange Story of the Quantum , Pelican 1963. [ Falta el ISBN ]
- Lucrecio , Sobre la naturaleza del universo , trad. del latín por RE Latham , Penguin Books Ltd., Harmondsworth 1951.
- J. Mehra y H. Rechenberg, El desarrollo histórico de la teoría cuántica , Vol. 1, Parte 1, Springer-Verlag, Nueva York 1982. [ Falta el ISBN ]
- M. Planck, Una revisión de la teoría física , transl. por R. Jones y DH Williams, Methuen & Co., Ltd., Londres 1925 (ediciones Dover 1960 y 1993), incluida la conferencia del Nobel. [ Falta el ISBN ]
- Rodney, Brooks (2011) Campos de color: la teoría que se le escapó a Einstein . Impresión e imágenes de Allegra. [ Falta el ISBN ]