La tesis doctoral presenta una reflexion sobre la problematica que surge al acercarse a las formas de conocer en una disciplina de las ciencias, tal es el caso de la Mecanica Cuantica en la explicacion del fenomeno de la dualidad onda – particula; a traves de los modos de produccion de conocimiento expuestos por Gibbons y otros (1997) encontrando que el modo 1 de produccion de conocimiento hace referencia a los esquemas numericos en el estudio de una disciplina y el modo 2 de produccion de conocimiento es una forma de acercarse al conocimiento cientifico a traves del analisis del fenomeno desde su realidad. Con el objetivo de identificar el contexto donde ocurre el fenomeno, interpretarlo y comprenderlo para hallar las diferentes interrelaciones fisicas que se pueden establecer en el desarrollo la perspectiva de la educacion en ciencias.
En el desarrollo del problema de investigacion, se trabajo con una metodologia cualitativa, desde el enfoque interpretativo, empleando los esquemas de la produccion de conocimiento de Gibbons y otros (1997), los procesos de formalizacion de una teoria fisica de Ayala y otros (2008) y a su vez el esquema de conocimiento planteado por Bautista (1998, 2016). Estos referentes teoricos permiten establecer los esquemas de conocimiento necesarios para comprender los acercamientos a los desarrollos del fenomeno dualidad onda – particula en la Mecanica Cuantica.
La perspectiva que se asume en la investigacion desarrollada en la tesis doctoral toma en consideracion los modos de produccion de conocimiento propuestos por Gibbons y otros (1997) como el enfoque desde la produccion de conocimiento para abordar la comprension de fenomenos de la Mecanica Cuantica, particularmente, la dualidad onda – particula y la Educacion en Ciencias a traves del trabajo de Eder y Aduriz (2001) quienes muestran una serie de elaboraciones epistemologicas de lo experimental con el objetivo de evidenciar los esquemas de acercamiento al conocimiento cientifico.
El proceso metodologico de la investigacion se realizo a partir de una revision documental desde el analisis del fenomeno dualidad onda – particula a traves de la utilizacion de la metodologia cualitativa y el enfoque fenomenologico, que permitieron ubicar dentro un contexto particular las acciones realizadas en el trabajo de campo y la aplicacion de instrumentos que permitieran encontrar categorias de analisis propias para el desarrollo de los esquemas de produccion de conocimiento centrados en el fenomeno analizado.
De acuerdo a lo anterior, las categorias de analisis encontradas comprension, formalizacion y contextualizacion del fenomeno posibilitan la interpretacion de las estructuras de analisis desde el modo 2 de produccion de conocimiento de los participantes en el desarrollo de la investigacion. En este sentido, los compromisos de conocimiento que se desarrollaron en el trabajo de campo en la tesis doctoral permitieron a los participantes acercarse al desarrollo del pensamiento cientifico de una forma vivencial a traves de la realidad contextualizada en los fenomenos estudiados.
Por ultimo, la investigacion desarrollada en la tesis doctoral plantea la importancia de vincular los modos de produccion de conocimiento en la explicacion de fenomenos de la Naturaleza, conducentes al desarrollo de una teoria cientifica a traves de situaciones contextualizadas que aborden problematicas estructuradas al saber academico que se desea estudiar.
La tesis doctoral presenta una reflexion sobre la problematica que surge al acercarse a las formas de conocer en una disciplina de las ciencias, tal es el caso de la Mecanica Cuantica en la explicacion del fenomeno de la dualidad onda – particula; a traves de los modos de produccion de conocimiento expuestos por Gibbons y otros (1997) encontrando que el modo 1 de produccion de conocimiento hace referencia a los esquemas numericos en el estudio de una disciplina y el modo 2 de produccion de conocimiento es una forma de acercarse al conocimiento cientifico a traves del analisis del fenomeno desde su realidad. Con el objetivo de identificar el contexto donde ocurre el fenomeno, interpretarlo y comprenderlo para hallar las diferentes interrelaciones fisicas que se pueden establecer en el desarrollo la perspectiva de la educacion en ciencias.
En el desarrollo del problema de investigacion, se trabajo con una metodologia cualitativa, desde el enfoque interpretativo, empleando los esquemas de la produccion de conocimiento de Gibbons y otros (1997), los procesos de formalizacion de una teoria fisica de Ayala y otros (2008) y a su vez el esquema de conocimiento planteado por Bautista (1998, 2016). Estos referentes teoricos permiten establecer los esquemas de conocimiento necesarios para comprender los acercamientos a los desarrollos del fenomeno dualidad onda – particula en la Mecanica Cuantica.
La perspectiva que se asume en la investigacion desarrollada en la tesis doctoral toma en consideracion los modos de produccion de conocimiento propuestos por Gibbons y otros (1997) como el enfoque desde la produccion de conocimiento para abordar la comprension de fenomenos de la Mecanica Cuantica, particularmente, la dualidad onda – particula y la Educacion en Ciencias a traves del trabajo de Eder y Aduriz (2001) quienes muestran una serie de elaboraciones epistemologicas de lo experimental con el objetivo de evidenciar los esquemas de acercamiento al conocimiento cientifico.
El proceso metodologico de la investigacion se realizo a partir de una revision documental desde el analisis del fenomeno dualidad onda – particula a traves de la utilizacion de la metodologia cualitativa y el enfoque fenomenologico, que permitieron ubicar dentro un contexto particular las acciones realizadas en el trabajo de campo y la aplicacion de instrumentos que permitieran encontrar categorias de analisis propias para el desarrollo de los esquemas de produccion de conocimiento centrados en el fenomeno analizado.
De acuerdo a lo anterior, las categorias de analisis encontradas comprension, formalizacion y contextualizacion del fenomeno posibilitan la interpretacion de las estructuras de analisis desde el modo 2 de produccion de conocimiento de los participantes en el desarrollo de la investigacion. En este sentido, los compromisos de conocimiento que se desarrollaron en el trabajo de campo en la tesis doctoral permitieron a los participantes acercarse al desarrollo del pensamiento cientifico de una forma vivencial a traves de la realidad contextualizada en los fenomenos estudiados.
Por ultimo, la investigacion desarrollada en la tesis doctoral plantea la importancia de vincular los modos de produccion de conocimiento en la explicacion de fenomenos de la Naturaleza, conducentes al desarrollo de una teoria cientifica a traves de situaciones contextualizadas que aborden problematicas estructuradas al saber academico que se desea estudiar.
La dualidad onda-partícula es uno de los principales temas estudiados en la física cuántica; dadas las diferentes dificultades de aprendizaje reportadas en varias investigaciones sobre este tópico, en este artículo se analiza el experimento de la doble rendija con electrones desde el enfoque del razonamiento científico propuesto por Ian Hacking; el cual plantea seis estilos de pensar y hacer científicos creados durante el desarrollo del conocimiento científico en la tradición europea, originada desde la antigua Grecia; los cuales permiten mostrar que hay distintos modos de razonar en ciencias ayudando así a mostrar la complejidad del razonamiento científico y una consideración menos parcial de los logros culturales de la física. Para ello, se realizó un análisis de contenido de cinco artículos de investigación que reportan este experimento y dos libros de textos de física. Se encuentra que, para una explicación adecuada del fenómeno abordado en este experimento, se requiere de cuatro estilos de pensar y hacer científicos: los estilos matemático, experimental, modelamiento hipotético, y el estadístico y probabilístico. Una implicación en la enseñanza de la física cuántica es que no es posible centrarse en uno solo de estos estilos para comprender apropiadamente los conceptos y principios que subyacen a esta teoría.
RESUMEN: Un número considerable de investigaciones (Ostermann, 2000; Gil y Solbes,1986; Fischler y Lichtfeldt, 1992; Arons,1990), señalan serios problemas en la enseñanza de la física moderna. Estos autores resaltan que en la enseñanza de la física se desconoce el carácter no lineal del desarrollo científico y, en consecuencia, no se tienen en cuenta las dificultades que tal linealidad genera en la comprensión de las dinámicas científicas y, desde luego, en la postulación del conocimiento mismo. Esta situación pareciera inducir a que tampoco se reflexione acerca de las profundas diferencias conceptuales existentes entre la física clásica y la física moderna. En el caso particular de la dualidad onda-partícula, en algunos textos universitarios (Serway, 2005; Reese, 2002; Resnik, 2005), se observa un privilegio de la perspectiva clásica y ondulatoria de la luz, cuando se intentan resolver las situaciones físicas que involucran este fenómeno, perspectiva que resulta insuficiente para comprender problemas actuales y que son propios de la Física. Se plantea entonces que a estas maneras de significar y de enseñar estos conceptos, subyace un modo particular de asumir la Ciencia y la enseñanza, y en tal sentido, se adelanta un análisis histórico y epistemológico de la perspectiva Louis De Broglie, por considerar que su particular manera de abordar y formalizar el fenómeno de la luz en su obra titulada: Recherches sur la théorie des quanta (1924), permite, no solo explicitar maneras de hacer ciencia sino que, además, puede ser de vital importancia para resignificar la dualidad onda – partícula y justificar el planteamiento de una visión simultanea de las propiedades ondulatorias y corpusculares de la luz. En este sentido, se estima que esto posibilite un abordaje integral del fenómeno de la luz mediante la dualidad onda – partícula, concepto que constituye un punto de inflexión entre la teoría cuántica y la teoría clásica. Al respecto, conviene resaltar que Louis De Broglie (1924) el que considera, por primera vez, la posibilidad de establecer las propiedades ondulatorias del electrón, que hasta ese entonces era considerado totalmente como una partícula. Finalmente, se plantean unas implicaciones didácticas que surgen como producto del análisis de la perspectiva Louis De Broglie (1924) y de los datos obtenidos con la aplicación de algunos instrumentos a cuatro casos de la Universidad de Antioquia.
En la actualidad las caminatas aleatorias han sido empleadas como herramientas
para el desarrollo de numerosos algoritmos. Sin embargo, una carencia
importante para la solucion de problemas radica en la falta de algoritmos que
exploten a su favor los fenomenos que la naturaleza a escalas atomicas presenta.
En este trabajo de tesis se estudia el analogo cuantico que presenta un
caminante al azar, conocido como caminata cuantica. Desde su propuesta, el
paradigma de las caminatas cuanticas ha despertado un considerable interes en
su estudio durante los ultimos anos, ya que, debido a los fenomenos de superposicion,
este grupo de caminata al azar se propagan con mayor rapidez que una
caminata clasica y por lo tanto se puede dar un recorrido espacial en un menor
numero de iteraciones que su contraparte clasica. Por lo anterior, del estudio
de caminatas cuanticas se espera un desempeno superior para el desarrollo de
algoritmos mas veloces.
La hipotesis que en este trabajo se plantea es que a traves del cambio y la
manipulacion en el uso de operadores y los estados iniciales, se generaran cambios
radicales en las distribuciones de los caminantes. Se esperan que al realizar
estos cambios en la densidad probabilidad de un caminante tengan aplicaciones
algoritmica en futuras investigaciones.
Debido a lo anterior esta tesis plantea como objetivo central el analisis de las
caminatas cuanticas, mostrando los cambios radicales que presentan las caminata
cuanticas en sus distribuciones de probabilidad, ademas de presentar una
idea basica de las posible forma de implementacion algoritmica de estas distribuciones.
Ademas reportamos nuevos resultados, hasta donde hemos investigado, en
relacion a la evolucion de las caminatas cuanticas para monedas en altas dimensiones
considerando estados maximamente enlazados y el operador de Grover.
Otros objetivos que se establecen, es dar una motivacion para realizar estudios
en el sentido de la computacion cuantica. Ademas de explicar los fenomenos
que se presentan a escalas atomicas, que son los que ayudan a potencializar el
desempeno de los algoritmos y la caminata cuanticas.
La mecánica cuántica describe los procesos físicos con notable precisión, aunque las funciones de la observación, la medición y el sujeto cognoscente siguen siendo objeto de controversia conceptual. La fenomenología, que examina las estructuras de la experiencia mediante las cuales los fenómenos adquieren significado, ofrece un marco para esclarecer estas cuestiones sin sustituir la teoría física. Este estudio explora cómo las concepciones fenomenológicas de la experiencia y la intersubjetividad pueden iluminar los fundamentos epistemológicos de la mecánica cuántica. El análisis distingue los procesos físicos de medición de las condiciones bajo las cuales los resultados experimentales adquieren significado y se convierten en evidencias públicamente accesibles. Asimismo, identifica cómo puede reconocerse el carácter situado de la observación sin reducir el conocimiento científico a la experiencia subjetiva. Aquí mostramos que la fenomenología proporciona recursos conceptuales para examinar las relaciones entre medición, observación y justificación de las afirmaciones de conocimiento en la mecánica cuántica. Este enfoque no resuelve las interpretaciones contrapuestas de la teoría cuántica, pero permite explicitar sus presupuestos epistemológicos. Al esclarecer las condiciones de la objetividad científica, contribuye a un diálogo más preciso entre la física y la filosofía. En términos más amplios, ofrece un marco para evaluar el papel de la experiencia en la producción e interpretación del conocimiento científico.
Es pensado que la Mecánica Cuántica es una de las teorías fundamentales en la física. Esta teoría no solo ha permitido el estudio detenido de las propiedades de la naturaleza a una escala atómica, sino que también ha logrado una asombrosa convergencia con gran parte de las teorías clásicas. Un rasgo distintivo de la Mecánica Cuántica es su naturaleza probabilística, lo que implica que no puede prever con absoluta certeza el resultado de un experimento, sino tan solo asignar una probabilidad específica a su ocurrencia. En virtud de esta característica, la Mecánica Cuántica introduce un contexto donde llevar a cabo una medición se convierte en un proceso intrínseco. A pesar de ello, ninguno de sus fundamentos aborda explícitamente la definición de lo que constituye una medición cuántica. Aunque este procedimiento evidencia tanto la naturaleza probabilística a pequeña escala como el carácter determinista del ámbito macroscópico, surge de manera pertinente la pregunta: ¿qué se entiende por medición? O, al menos, ¿cómo llevar a cabo una medición? Diversos esfuerzos han sido realizados con el fin de construir un marco conceptual riguroso que describa el proceso de medición cuántica. En este estudio, se examinará detenidamente el esquema de medición propuesto por von Neumann interpretado a partir de la interacción entre el sistema principal y su entorno, así como los posibles tipos de mediciones que pueden surgir en estos sistemas. Sin embargo, al adentrarnos en el ámbito de la Teoría Cuántica de Campos y buscar realizar mediciones en este contexto, es imperativo ampliar la noción de medición de acuerdo con los principios de localidad y causalidad. Por ende, al establecer un marco claramente definido para las mediciones, también se delinean ciertas operaciones que son físicamente permitidas. Este trabajo se propone examinar los protocolos de medición en campos relativistas con el objetivo de comprender el protocolo propuesto por Fewster y Verch como una generalización de la teoría de medición cuántica no relativista.
El propósito de este trabajo es presentar una idea de lo que abarca el estudio de la mecánica cuántica realizando un recorrido histórico de los antecedentes y los hechos que dieron origen al nacimiento de esta nueva teoría que rompería con los esquemas y las leyes físicas que predominaban en aquella época. Se mencionará también cómo se fue desarrollando esta teoría con el pasar de los años y se concluye el artículo mostrando unas aplicaciones de esta nueva rama de la física en el planteamiento de algunos problemas físicos y alguna aplicación en el desarrollo de tecnología. Para desarrollar este trabajo se realizó un resumen de varios capítulos de textos citados en la parte de las referencias bibliográficas.