�ݺ�ߣ

La física clàssica i la mecànica
quàntica
“Tothom que pensi que pot parlar sobre la
teoria quàntica sense marejar-se, ni tan sols
ha començat a entendre-la.”Niels Bohr

Per què és tan important Newton?
Les tres lleis de Kepler descriuen el moviment dels
planetes, però no els expliquen. L’explicació d’Isaac
Newton de les lleis de Kepler representa el punt
culminant de la revolució científica. Newton ens va
explicar perquè l’univers funciona tal com ho fa i això és
una de les fites més notables del pensament occidental. I
és part de la nostra herència cultural, de la mateixa
manera com ho són les obres de Shakespeare, les
simfonies de Beethoven o el sostre de la capella Sixtina. I
per això l’hem de conèixer, no solament com un
entrenament per aquells de vosaltres que us vulgueu
dedicar a la ciència sinó com a part de la vostra educació
com a essers humans.
L’home s’ha preguntat durant molt de temps de què està fet el mon i
què el manté unit

La física d' Aristòtil
Segons Aristòtil tot el que passa
és moviment de matèria i
comença per considerar el
moviment d’objectes simples
per exemple:
• Un objecte cau pel seu neguit per
arribar al centre còsmic, la Terra.
• Un objecte pesant tindrà més
neguit I per tant caurà més ràpid
que un de lleuger.
• Degut a la perfecció del cel, els
objectes al cel es mouen descrivint
la més perfecta de les figures: el
cercle.
La ciència grega tenia un defecte fatal:
no incloïa cap mecanisme per
assegurar un consens.
Les opinions contraposades es podien
debatre indefinidament, per a ells
experimentar no tenia cap valor.

Geocentrisme
Al segle II Ptolomeu
d’Alexandria va descriure tan
bé els moviments celestials
que la navegació i els
calendaris basats en el seu
model funcionaven
perfectament.
La combinació de la física
aristotèlica amb l’astronomia de
Ptolomeu es varen acceptar
com a veritat pràctica i doctrina
religiosa i la Santa Inquisició es
va encarregar d’imposar-la.
L’astronomia de Ptolomeu amb
una Terra estacionària,
requereix que els planetes
descriguin corbes sinuoses i
complicades.

Nicolau Copèrnic
Clergue i
astrònom
polonès
que va
viure al
segle XVI.
1473-
1543
Creia que
la natura
havia de
ser més
simple
del que
suggeria
el model
de
Ptolomeu
Teoria Heliocentrista
• La Terra i els altres
cinc planetes orbiten
al voltant del sol
• El moviment erràtic
dels planetes en
relació al fons
estrellat és degut a
que els veiem des
d’una Terra també en
moviment.

Johanes
Kepler
• Vídeos sobre Kepler:
1a part 2a part
• Astrònom i matemà-
tic alemany i una figura
clau en la revolució
científica. (1571 – 1630)
• Va ser ajudant del també astrònom Tycho Brahe i matemàtic
de la cort de l'emperador austriac.
• Descobreix les lleis sobre el moviment dels planetes.
• Va proporcionar una de les bases per a la teoria de la
gravitació universal elaborada per Isaac Newton.

Les tres lleis de Kepler
• Els planetes es mouen al voltant
del Sol en òrbites el·líptiques.
• El radi vector que uneix un planeta
amb el Sol escombra àrees iguals
en temps iguals.
• El quadrat del període orbital d’un
planeta és directament
proporcional al cub de la seva
distància mitjana al Sol.

Galileu Galilei (1564-1642)
• Va ser un físic, matemàtic
i filòsof italià que va tenir un
paper important durant
la revolució científica.
• Va millorar el telescopi, i per
tant, l'observació
astronòmica, i va donar
suport a la teoria
heliocèntrica de Nicolau
Copèrnic.
• “Potser més que qualsevol
altra persona, fou el
responsable del naixement
de la ciència moderna”
Stephen Hawking
• L'Església s'oposa
vigorosament a la posició de
Galileu, però ell demana la
llibertat de recerca.
• Galileu és jutjat per
la Inquisició degut a la
publicació dels Diàlegs , perquè
li havia estat prohibit defensar
o ensenyar les teories de
Copèrnic. Aquest judici no fou
anul·lat fins l'any 1992.

El mètode científic
Per guanyar punts a favor seu,
Galileu necessitava exemples que
entressin en conflicte amb la
mecànica d'Aristòtil, però no
acabava de trobar fenòmens prou
il·lustratius. La seva solució va ser
crear-los!
Galileu va concebre situacions
especials, o “experiments”, i un
experiment servia per comprovar
una predicció teòrica. Avui en dia
aquest enfocament pot semblar-
nos evident, però a l’època de
Galileu va ser una idea original i
profunda.
En el seu experiment més
famós, suposadament Galileu va
deixar caure una bola de plom i
una de fusta des de la Torre de
Pisa, la seva ciutat. El cop
simultani d’ambdues boles
contra el terra, va demostrar que
el temps de caiguda no depenia
de la massa i va tirar per terra
una de les prediccions d’Aristòtil.

Isaac Newton (1643-1727)
• Biografia:
Part 1 part2 part3 part 4
• Newton és l'autor
dels Philosophiae Naturalis
Principia Mathematica, on
descriu la llei de la
gravitació universal i les
tres lleis del moviment,
base de la física clàssica.
• Va crear un model
matemàtic per a les lleis de
Kepler.
Físic anglès, va realitzar els seus
primers estudis universitaris
al Trinity College (Cambridge), on
desprès va ser professor durant
30 anys.
Va fer grans descobriments en
mecànica, òptica i matemàtiques.

Newton i la llum
• Newton creia que la llum
era un feix de petites
partícules.
• Altres científics varen
proposar que la llum era
una ona, però
l’aclaparadora
superioritat de Newton,
va fer que la seva teoria
corpuscular dominés
durant 100 anys.
• A començament del segle
XIX, Young va demostrar
que la llum era una ona
amb el seu experiment de
la doble escletxa. Si la llum
fos una partícula no hi
hauria patró
d’interferències.
La llum està formada per partícules…
no, per ones…
… si, si, per ones,
fijo… per partícules, segur……en què
quedem doncs… ones o partícules?

Les ones
Una ona és una vibració que es propaga
per l’espai transportant energia. La
vibració i la ona poden tenir la mateixa
direcció (ones longitudinals), o bé poden
tenir direccions perpendiculars (ones
transversals).

Electricitat
• A l'any 600 aC Tales de
Milet descriu el poder
d'atracció de l'ambre fregat
i la seva capacitat de
produir guspires.
• Benjamin Franklin a
meitats del segle XVIII va
tenir una genial idea, va
observar que quan dos
cossos carregats
elèctricament entraven en
contacte, la seva atracció
és debilitava, va pensar
que les càrregues
s’anul·laven.
• Atorga signes
positius i
negatius als
cossos carregats
elèctricament.
• Franklin formula
la teoria del
corrent elèctric.

• Michael Faraday al
preguntar-se com podia
exercir força un cos sobre un
altre, a través de l’espai buit i
va postular que una càrrega
crea un camp elèctric a
l’espai.
• Maxwell va predir l’existència
de vibracions del camp
elèctric que es propagaven,
és a dir, ones
electromagnètiques.
• Va comprovar que la velocitat
d’aquestes ones coincidia
amb la velocitat de la llum.
• Va proposar que la llum era
una ona.
Gàbia de Faraday
Camp elèctric creat per dues càrregues

Max Planck (1858-1947)
Físic alemany, Planck havia estat
contractat per companyies elèctriques per
tal de millorar el funcionament de
la bombeta, amb l'encàrrec d'aconseguir
el màxim de llum amb el menor consum
possible d'energia. Intentant resoldre
aquest problema va fer la suposició, avui
coneguda com a postulat de Planck, de
que l'energia electromagnètica podia ser
emesa només de manera quantificada, en
altres paraules, l'energia només pot ser un
múltiple d'una unitat elemental. Els físics
actuals anomenen fotons a aquests
unitats.
Els descobriments de Planck, van
donar pas al naixement d'un camp
totalment nou de la física, conegut
com mecànica quàntica i van
proporcionar els fonaments per a la
recerca en camps com el de l'energia
atòmica.
Planck és considerat com el pare de
la teoria quàntica i un dels físics més
importants del segle XX que va ser
guardonat amb el Premi Nobel de
Física l'any 1918.
E = h · ν

Congressos Solvay
Els Congressos Solvay són unes trobades entre físics i químics que
tenen lloc des de 1911. Aquestes conferències reunien els més grans
científics del moment per a discutir les noves teories i experiments
que van revolucionar la física de l'època com ara la mecànica
quàntica, la teoria de la relativitat i la radioactivitat. Van ser ideades i
organitzades pel químic i industrial belga Ernest Solvay. Després de
l'èxit de la primera conferència, es van fundar els Instituts situats
a Brussel·les, que s'encarregaven de coordinar les conferències,
tallers, seminaris i col·loquis.
Fins ara s'han organitzat 23 conferències, que ara tenen lloc cada
tres anys. La 23a Conferència Solvay va tenir lloc a l'Hotel Métropole
de Brussel·les (igual que la primera) entre els dies 1 i 3 de desembre
de 2005, sobre el tema: "L'estructura quàntica de l'espai i el temps".

Albert Einstein (1879-1955)
• El 1921, Einstein va
guanyar el premi Nobel de
física per la seva teoria
sobre l’efecte fotoelèctric
que demostrava que la
llum estava formada per
partícules (fotons).
• És el científic més conegut i
important del segle XX.
• Va ser un físic
d'origen alemany,
nacionalitzat suís
i nord-americà.
• El primer dels seus
articles cobria els
estudis sobre el moviment brownià
i per fi demostra la existència dels
àtoms!
• L'any 1905, publicà la seva Teoria
Especial de la Relativitat quan encara
era un jove físic desconegut,
treballador de l'Oficina de Patents de
Berna. Amb ella va néixer la
cosmologia, que és l'estudi de l'origen
‘ i l’evolució de l'Univers.

Niels Bohr (1885-1962)
Nascut el 1885 a Copenhaguen,
estudià física a la universitat.
Es desplaçà a Cambridge on treballà
amb Joseph Thomson al Cavendish
Laboratory i a Manchester sota la
supervisió d'Ernest Rutherford.
Basant-se en les teories del seu mestre, Ernest
Rutherford, va publicar el seu propi model atòmic
l'any 1913, en el qual aplica la teoria de Max Planck
al model planetari de l’àtom., que permet
interpretar l'espectre de l'àtom d'hidrogen
La quantificació de l'energia que implica
discontinuïtat dels possibles nivells de situació de
l'electró, i la relació entre radiació emesa i el salt
de l'electró entre els seus nivells quàntics, són la
clau per entendre aquest àtom de Bohr.
L'any 1922 fou guardonat amb el Premi Nobel de
Física

Espectres d’absorció i emissió de l’àtom d’hidrogen

Louis de Broglie (1892-1987)
• Príncep Louis-Victor Pierre Raymond
de Broglie, noble francès, va estudiar
física teòrica a La Sorbona.
• Va presentar la tesi doctoral:
"Investigacions sobre la teoria quàntica"
descrivint per primera vegada els
electrons com a ones.
•Aquest treball presentava per primera
vegada la dualitat ona corpuscle
característica de la mecànica quàntica.
•El seu treball es basava en els treballs
d'Albert Einstein i Max Planck.
•Va ser guardonat l'any 1929 amb el Premi
Nobel de Física.
Per tantlallum és una
onai unapartícula!

Erwin Schrödinger(1887-1961)
• Físic i professor
universitari austríac, famós per
les seves contribucions al
desenvolupament de
la mecànica quàntica.
• El 1926 va formular la seva
famosa equació de
Schrödinger que és un dels
fonaments de la mecànica
quàntica.
Un dels més famosos
estudiants de Bohr
fou Werner Heisenberg que
es va convertir en líder del
projecte alemany de
la bomba atòmica.
Heisenberg i la majoria dels
físics alemanys estaven a
favor d'impedir la producció
de la bomba atòmica per a
usos militars, encara que
desitjaven investigar les
possibilitats de la tecnologia
nuclear.

El gat d’Schrödinger
Va proposar l'experiment mental conegut com el gat de Schrödinger
amb la intenció d'il·lustrar els problemes de la mecànica quàntica al
traduir les conseqüències d'esdeveniments subatòmics a sistemes
macroscòpics.
Vídeo Singular amb Sònia Fernandez

El model Estàndard. 1973
divendres, 18 març de 2022
Les idees principals són:
Hi ha dos tipus de partícules: les que són
matèria (com els electrons, els protons, els
neutrons,i els quarks) i partícules que
transporten forces (com els fotons).
Partícules portadores de força:
Cada tipus de força fonamental és
"transportada“ per una partícula portadora de
força (el fotó n’és un exemple).
Partícules materials:
El Model Standard estableix que la majoria de
les partícules que coneixem estan formades en
realitat de partícules més fonamentals
anomenades quarks.
Hi ha un altre tipus de partícules fonamentals
anomenades leptons (l’electró n’és un exemple).
Els físics han
desenvolupat una teoria
anomenada el Model
Standard, que intenta
descriure tota la matèria i
totes les forces existents a
l’univers (excepte la
gravetat).
La seva elegància recau
en la capacitat de
justificar la existència de
centenars de partícules i
interaccions complexes, a
partir d’unes poques
partícules i interaccions
fonamentals.

El model Estàndard. 1973
El model estàndard de física de
partícules és una teoria
quàntica que descriu les
partícules elementals i les
seves interaccions fonamentals:
electromagnètica, feble i forta.
El fet que el model no inclou la
descripció de la interacció
gravitatòria, posa de manifest
que no és una teoria completa
i, per tant, ha de ser estès.
El model estàndard de partícules
elementals amb els bosons a la
columna de la dreta.

�ݺ�ߣ

De la física clàssica a la mecànica quàntica

Recommended

More Related Content

What's hot (20)

Viewers also liked (10)

Similar to De la física clàssica a la mecànica quàntica (20)

More from annalarroy (20)

Recently uploaded (10)

De la física clàssica a la mecànica quàntica

Editor's Notes