Es presenta un itinerari històric de la gènesi de la teoria quàntica des de Ia fórmula de Plank per la radiació del cos negre fins a l’aparició del primer llibre fonamental, The principles of Quantum Mechanics, on Dirac estableix tot el formalisme de la mecànica quàntica fins a arribar a l’electrodinàmica quàntica. Es fa una descripció de les interpretacions del formalisme quàntic i el debat entre les dues escoles, l’ortodoxa (Copenhaguen) i la dels “cavaliers del continu” encapçalats per Einstein. Finalment, és presentada la nova química que apareix en incorporar la mecànica quàntica a la química i que evidencia que les interaccions que governen els complicats fenòmens químics son les mateixes que estan presents en el fenòmens físics, amb l’esvaiment que suposa de la frontera que separava fins aleshores la química de la física. Una projecció de futur de la recerca en la nova química tanca l’article.
Es presenta un itinerari històric de la gènesi de la teoria quàntica des de Ia fórmula de Plank per la radiació del cos negre fins a l’aparició del primer llibre fonamental, The principles of Quantum Mechanics, on Dirac estableix tot el formalisme de la mecànica quàntica fins a arribar a l’electrodinàmica quàntica. Es fa una descripció de les interpretacions del formalisme quàntic i el debat entre les dues escoles, l’ortodoxa (Copenhaguen) i la dels “cavaliers del continu” encapçalats per Einstein. Finalment, és presentada la nova química que apareix en incorporar la mecànica quàntica a la química i que evidencia que les interaccions que governen els complicats fenòmens químics son les mateixes que estan presents en el fenòmens físics, amb l’esvaiment que suposa de la frontera que separava fins aleshores la química de la física. Una projecció de futur de la recerca en la nova química tanca l’article.
[cat] Entre el 1924 i el 1927 a través de la mecànica quàntica va començar a entreveure’s la idea de que alguns sistemes estaven formats pel que avui dia anomenem “partícules indistingibles”. Aquesta nova percepció de la identitat de les partícules, capgiraria la manera de concebre la naturalesa i la interacció en els sistemes formats per elements idèntics. Amb el naixement de la mecànica quàntica i els diferents descobriments de la física a l’inici del segle XX, l’estadística de Maxwell-Boltzmann ja no respon totes les preguntes que planteja la física. Al llarg dels diferents capítols veurem com neix l’estadística quàntica de Fermi-Dirac i, amb ella, la percepció de la idea d’indistingibilitat i també com evoluciona aquest concepte. Es vol entendre quin és el context científic amb el que s’arriba als anys 1924-1927, per tal d’explicar què va portar a Fermi a desenvolupar una nova estadística quàntica, anomenada actualment estadística de Fermi-Dirac, diferent a la que havien desenvolupat Bose i Einstein dos anys abans i amb un mètode totalment diferenciat (tot i que paral·lel en el temps) al que farà anar Dirac. Estudiarem també els treballs que publica Heisenberg durant aquells anys i analitzarem quin paper van jugar en el desenvolupament de les estadístiques quàntiques. Addicionalment, veurem que el mètode de Dirac, per la seva banda, vindrà marcat per la formulació, entre el 1925 i el 1926, de la nova mecànica quàntica o mecànica matricial per part de Born, Heisenberg i Jordan.
Es presenta una breu exposició d’alguns problemes fonamentals de la física quàntica que involucren aspectes filosòfics i epistemològics de la realitat física descrita per aquesta teoria. El principi d’indeterminació de Heisenberg, el de complementarietat de Bohr i l’experiment de “la doble escletxa” introdueixen l’aspecte més essencial de la teoria quàntica: el procés de mesura. L’experiment del “gat de Schrödinger” posa de relleu la paradoxal superposició quàntica d’estats que “col·lapsa”, en mesurar el sistema, en un dels estats implicats en dita superposició. Finalment, es discuteix breument les implicacions de la teoria quàntica en dues àrees a la frontera del coneixement actual: la física de partícules i la computació quàntica
R. Feynman (1918-1988), un dels mes grans fisics del s. XX i premi Nobel (1965), quan li preguntaven sobre si entenia la mecanica quantica, responia simplement: It works (funciona). La pregunta es referia naturalment a la significacio de la teoria, a la seva comprensio i a tot allo que la teoria ens podia dir de la realitat fisica del nostre mon. Una pregunta legitima des que l’home es home i raona. La voluntat de comprendre com esta fet el mon, motor de la ciencia, es veu acompanyada tambe per les preguntes com es el mon i que es el mon, preguntes que entren de ple en la massa abandonada filosofia de la naturalesa. La mecanica quantica, per tot el que presenta d’enigmatica, d’incomprensible (s’enten, analitzat conscientment o inconscient des del paradigma filosofic de la fisica classica) posa sobre la taula del debat filosofic, la necessitat de recorrer de nou a la filosofia de la naturalesa, per poder comprendre, sempre i quan, es clar, algu no en tingui prou dient que funciona. Les sorpreses venen quan, pensades les coses, des de l’optica de la filosofia de la naturalesa, hom descobreix que no hi ha tants enigmes. R. Feynman (1918-1988), one of the greatest physicists of the XX century, Nobel Prize (1965), when asked whether he understood quantum mechanics, he responded simply: It works. The question of course refers to the significance of the theory, to its understanding and to all that the theory could tell us about the physical reality of our world: a legitimate question since man can think. The desire to understand how the world is done, the very motor of science, goes together with questions as how the world is and what the world is, questions that go straight into the dough abandoned Natural Philosophy. Quantum mechanics, by its enigmatic contents (if analyzed from the philosophical paradigm of classical physics) raises to the philosophical debate the need to come back again to Natural Philosophy in order to understand, unless of course someone does not have enough by saying that “it works”. Surprises arrive when, if thinking from the perspective of Natural Philosophy, one discovers that there are not so many enigmas.
IntroduccióEncara que ningú no dubta dels èxits espectaculars de la mecànica quàntica (MQ) a l'hora de donar compte d'una amplíssima varietat de resultats experimentals, no tothom està d'acord en la interpretació que cal donar al seu formulisme o en les possibilitats que constitueixi, a llarg termini, la teoria denitiva.A la llista dels detractors de l'ortodòxia quàntica, guren, entre d'altres, noms tan distingits com els de Karl Popper, Albert Einstein i David Bohm, a qui devem una sèrie d'experiments, tot sovint en versió idealitzada, que pretenen posar a prova aspectes interpretatius o la mateixa validesa de l'esmentada teoria quàntica.L'objectiu d'aquest treball és el de continuar en aquesta línia, analitzant un nou test idealitzat en què conueixen idees inicialment aportades per aquests tres reconeguts pensadors.L'any 1934, Popper va publicar una primera versió (Popper, 1934) del que, amb el temps, va acabar sent la proposta d'experiment, molt més precisa i ben formulada pel mateix autor (Popper, 1982(Popper, , 1987)), que després descriurem i, més endavant encara, modicarem en un intent de millorar-la.Es tracta, en l'opinió de Popper, d'un test crucial.És a dir, d'un test capaç de discriminar inequívocament entre dues interpretacions oposades de la MQ pel que fa, sobretot, a l'origen merament estadístic de les seves prediccions i al paper que hi té la informació que es pot tenir sobre el sistema en estudi.El test confronta, doncs, dues interpretacions
Aquest llibre és un conjunt de problemes de física quàntica ordenats temàticament i pensats per a estudiants de grau, de ciències o d’enginyeria. Cada tema conté una breu introducció teòrica seguida d’un recull de problemes. Des de la quantització i la dualitat ona-partícula fins a l’oscil·lador harmònic quàntic i el moment angular intrínsec, passant per l’equació de Schrödinger i el principi d’indeterminació de Heisenberg, en l’obra es treballa especialment l’efecte túnel i les seves conseqüències, com les bandes d’energia prohibides per a electrons i per a fotons. L’obra introdueix els aspectes fonamentals de la física quàntica que ja són essencials en el currículum de ciències aplicades o d’un enginyer.
Aquesta tesi doctoral tracta sobre alguns aspectes de la generacio de comprimida en cavitats no lineals tipus Kerr. La comprimida es un dels tipus de llum quantica, un tipus de que posseeix propietats relatives a les fluctuacions en els valors esperats dels seus observables de les que no es pot donar compte si no es mitjancant l'us de la teoria quantica de la radiacio. L'estat buit del camp electromagnetic posseeix fluctuacions d'acord amb el principi d'incertitud d'Heisenberg. En aquest context, denominem comprimida a un tipus de radiacio que presenta en algun dels seus observables fluctuacions menors que les corresponents a l'estat buit. Aquest tipus especial de radiacio ha assolit forca importancia per diverses raons. D'una banda, permet anar mes enlla dels limits de la precisio que la mecanica quantica imposa per a les mesures realitzades emprant estats coherents - semblants als camps produits pels lasers -. A mes a mes, cal afegir que una nova area d'aplicacio ha fet creixer l'interes per la comprimida: el camp de la informacio quantica; coincidencia d'interessos ja que compressio de la i entrellacat quantic (entanglement) son dues cares de la mateixa moneda i l'entanglement es l'element fonamental responsable dels avantatges de la informacio quantica respecte de la informacio classica. Donat que l'estudi d'aquest tipus de implica l'analisi quantica cal remarcar que en aquest treball unicament descriurem quanticament la radiacio electromagnetica, pero obviarem la quantitzacio de la materia i de les interaccions a les quals puguera donar lloc. Aixi doncs, si partim d'aquesta descripcio, l'obtencio d'aquesta comprimida exigeix que estiga generada per processos optics no lineals, es a dir, processos l'Hamiltonia dels quals siga no lineal en els operadors creacio i destruccio quantics. La dinamica seguida en la interaccio entre el medi no lineal i el camp electromagnetic aporta graus alts de compressio per alguns valors dels parametres del sistema i dels camps injectats, els punts que anomenem critics i que corresponen als valors per als quals l'evolucio del sistema presenta una bifurcacio o be perque entra en un regim de biestabilitat o be perque s'engega un altre mode del camp electromagnetic. Pel que fa a les interaccions no lineals, tambe poden ser de diversos tipus, pero les de tipus ??²? i les del tipus ??³? son les mes emprades, ja que les interaccions ressonants son frequentment acompanyades de processos d'emissio espontania que devaluen la compressio. En aquesta tesi s'estudien les propietats per a produir comprimida de les cavitats no lineals del tipus ??³? tambe conegudes com cavitats Kerr. Pel que fa a la redaccio d'aquesta tesi, es pot agrupar en dos grans blocs. Per una part, hem dut a terme una contribucio en el domini de les eines matematiques que son necessaries per estudiar aquestos processos. La nostra contribucio, relativa a l'us de les distribucions de quasiprobablitat, apareix dins d'aquesta exposicio. A la segona part de la tesi s'aborden la resta d'aportacions: generacio de amb polaritzacio comprimida en una cavitat Kerr vectorial, obtencio de compressio no critica per trencament espontani de la simetria de rotacio i tambe per trencament espontani de la simetria de polaritzacio. Aquestes dues ultimes contribucions constitueixen exemples particulars d'un mecanisme de generacio de comprimida que ha estat proposat originalment pel nostre grup d'investigacio i tot fa pensar que aquesta tecnica fara possible obtenir nivells de compressio encara millors que els detectats fins aquest moment. El treball es tanca amb una recapitulacio critica dels resultats obtinguts aixi com de les perspectives de futur que s'obren amb la seua cloenda.