Las brillantes ideas de Bohr, fueron aceptadas por la comunidad científica de manera muy rápida, pues explicaba muchos fenómenos a nivel atómico. Sin embargo para inicios de la década del 1920, la comunidad científica se dio cuenta que la teoría atómica de Bohr fracasaba en algunas predicciones, especialmente en lo que se refiere a átomos con mas de un electrón y además no proporcionaba una ecuación de movimiento para el desarrollo de la estructura atómica en el tiempo. (Una ecuación de movimiento es una ecuación matemática que te predice cual será la posición de cada partícula en un determinado momento, dada ciertas condiciones). Además de éstas carecía de explicación para muchas interrogantes y recalcaba en demasía la naturaleza corpuscular de la luz, olvidándose de la dualidad onda-partícula (recordemos que la luz, se comporta como onda electromagnética - ver entrada #7 - pero además se comporta como partícula llamada fotón - ver entrada #8 - La luz presenta estos dos comportamientos en los distintos experimentos físicos).
Louis Victor Pierre Raymond, séptimo duque de Broglie, nació el 15 de agosto de 1892 en Dieppe, Francia. Cursó y terminó sus estudios en historia en la universidad de Sorbona, sin embargo, luego descubrió interés por las ciencias y decidió seguir los pasos de su hermano mayor, estudiando física.
En 1923 en su disertación de tesis doctoral De Broglie postuló que ya que los fotones tienen a su vez características de ondas y de partículas de energía, es posible que todas la formas de materia tengan ambas propiedades.
¡Esperemos un momento! ¿Esto quiere decir que el electrón, el átomo, la molécula, nosotros, tenemos características de partícula y de onda? No quiero dejar pasar tan rápidamente el postulado del Barón Francés; su idea ¡realmente es revolucionaria! Nos dice que toda forma de materia tiene naturaleza corpuscular (a esto estamos familiarizados) y ondulatoria... ¿La materia una onda?
Luis de Broglie afirmó que el electrón, al igual que la luz, tenía naturaleza ondulatoria y corpuscular. La idea del electrón como una minuscula bolita cargada de carga negativa subraya su naturaleza de partícula. Pero ¿Por qué onda? Si recordamos la entrada anterior, Bohr había explicado en su modelo atómico que los electrones sólo podían presentarse en orbitas a distancias determinadas del nucleo y que las orbitas como los niveles energéticos estaban cuantizados. Sin embargo Bohr aceptó este postulado sin dar alguna explicación mayor, simplemente afirmó que la naturaleza era así, pero no afirmo el porqué.
Luis De Broglie fue más allá. Pensando en la cuantización de las orbitas de los electrones y de su energía, llegó a la conclusión que la única forma en que en la naturaleza aparezcan los enteros, son en las ondas. En efecto, en una onda, se tiene un número entero de crestas (valores máximos de las ondas) y valles (valores mínimos de las ondas). Asumiendo que el electrón es una onda, su comportamiento se asemejaría al de la siguiente figura.
En la figura se puede ver que solo pueden existir ondas circulares si la longitud de la orbita es un múltiplo entero de la longitud de onda, cualquier otra combinación es auto-anulada por interferencia destructiva. Bajo esta hipótesis, el electrón sólo puede existir en orbitas determinadas cuyo radio de circunferencia sea múltiplo entero de la longitud de onda que en este caso representa al electrón. Esta es una buena explicación para la existencia de orbitas discretas para el electrón.
Ok, supongamos le creemos a De Broglie y que aceptamos, que el electrón, que tiene una masa "m" y una energía determinada "E" moviéndose a una velocidad "v", es en realidad una manifestación de una onda. Toda onda tiene frecuencia "f" (la inversa del tiempo, que expresa la rapidez de la oscilación de la onda) y longitud de onda "l" ¿Cual serían "f" y "l" para el electrón? De Broglie nos dió la siguiente respuesta:
f = E / h (Recuerden: h es la constante de Planck - entrada #8)
l = h / (mv)
Pongamos dos ejemplos reales
1) ¿Cual sería la longitud de onda de un electrón de masa 9.11 x 10⁻³¹ Kg y velocidad 10,000Km/seg?
Respuesta: 7.28 x 10⁻¹¹ metros
Esta longitud de onda, aunque pequeña, pues ser detectada por los modernos aparatos electrónicos.
2) ¿Cuál sería la longitud de onda asociada una persona que pesa 100Kg que va a 20m/seg?
Respuesta: 3.32 x 10⁻³⁴ metros
Esta longitud de onda de la persona es muchísimo menor a cualquier longitud que se pueda observar o medir físicamente, por lo que para cuerpos del tamaño al que estamos acostumbrados a ver, no se puede apreciar la naturaleza ondulatoria en objetos macroscópicos.
Una muy buena analogía del porqué es que no se aprecian las ondas de materia a nivel macroscópico es la siguiente: supongamos que tenemos una rueda de auto con aros de aleación. Si el aro gira a bajas revoluciones, se pueden apreciar los rayos de los aros pues las ruedas giran lentamente, pero conforme aumentamos la velocidad, los detalles de los aros se van haciendo mas difusos y difíciles de apreciar. Cuando las ruedas giran muy rápido, ya no se aprecia el aro, sin mas bien parece un disco circular sólido quieto --> Eso, es lo que nosotros percibimos como materia.
Es muy importante entender que de Broglie no dice que la materia esté oscilando, No! Para de Broglie hay "algo" que oscila, y que la oscilación de ese "algo" es lo que nosotros percibimos como materia. Quizás algunas preguntas vengan a nuestra mente:
- ¿Qué es entonces ese "algo" que oscila?
- ¿De qué naturaleza es ese "algo", que nosotros llamamos onda de materia?
- ¿Realmente existen las ondas de materia? ¿Como saber si es verdad?
Hasta entonces...!
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