Desde los inicios de la mecanica cuantica, sus creadores se preguntaron si esta nueva fisica era un caso limite de la fisica que se habia utilizado hasta entonces (la llamada mecanica clasica), en esta tesis se demuestra, con el rigor propio de los matematicos, que efectivamente esta creencia era cierta. En el 1er capitulo se obtiene el teorema sobre el limite clasico de la ecuacion de schrodinger, es decir, el limite clasico de la m. cuan. no relativista. en el 2 se obtiene el teorema sobre el limite clasico de la ecuacion de dirac (ec.cuan.relativista). En el 3 capitulo se obtiene el limite clasico de la electrodinamica cuantica no-relativista y finalmente en el 4, se obtiene mediante un ejemplo, el limite clasico de la m.cuan. relativista (en sentido fisico).
Desde los inicios de la mecanica cuantica, sus creadores se preguntaron si esta nueva fisica era un caso limite de la fisica que se habia utilizado hasta entonces (la llamada mecanica clasica), en esta tesis se demuestra, con el rigor propio de los matematicos, que efectivamente esta creencia era cierta. En el 1er capitulo se obtiene el teorema sobre el limite clasico de la ecuacion de schrodinger, es decir, el limite clasico de la m. cuan. no relativista. en el 2 se obtiene el teorema sobre el limite clasico de la ecuacion de dirac (ec.cuan.relativista). En el 3 capitulo se obtiene el limite clasico de la electrodinamica cuantica no-relativista y finalmente en el 4, se obtiene mediante un ejemplo, el limite clasico de la m.cuan. relativista (en sentido fisico).
Resumen.En estas notas se exponen con detalle y de manera autocontenida las herramientas básicas de la teoría de los espacios de Hilbert complejos de dimensión infinita, que son necesarias para un primer estudio, matemáticamente riguroso, de la mecánica cuántica.En la última parte incluimos una introducción axiomática a la mecánica cuántica y una breve exposición del modelo del oscilador armónico y de la teoría de estados cuánticos Gaussianos. IntroducciónLa mecánica cuántica es la rama de la física que estudia los fenómenos físicos que ocurren en escalas de longitudes muy pequeñas.El calificativo "cuántico" surge de, en contraste con la mecánica clásica, considerar algunas cantidades que toman solamente valores discretos i.e., en "paquetes" o quantum-quanta en latín.Aún cuando hay muchas nociones de la mecánica cuántica que aún suscitan controversia, esta teoría se aplica exitosamente para describir el comportamiento de sistema físicos y sus predicciones son consistentes con los experimentos.Los sistemas físicos que estudia la mecánica cuántica, exhiben propiedades ondulatorias que se pueden describir mediante una ecuación de onda, por ejemplo, la bien conocida "ecuación de Schrödinger", que describe la evolución temporal de una partícula subatómica con masa, en el contexto no relativista.En estas notas trabajamos con el formalismo de matrices de densidad, que permite describir estados que son mezclas de estados puros.En consecuencia, este enfoque resulta ser una herramienta poderosa para describir sistemas cuánticos más generales, por ejemplo, acoplamientos (ensambles) de muchos sistemas cuánticos idénticos.El material que se presenta en este trabajo está dividido en cuatro secciones compuestas de la siguiente manera: la sección 1 contiene una selección de resultados de índole geométrico y analítico de la teoría de espacios de Hilbert: ortogonalidad y descomposición ortogonal, convexidad, operadores lineales, norma de operadores y funcionales lineales.La sección 2 se concentra en la clase de los operadores compactos, particularmente en los operadores de la clase de traza y de manera especial, en los operadores de Hilbert-Schmidt.Es relevante mencionar que los estados cuánticos se representan mediante operadores positivos de traza uno.La sección 3 se dedica al estudio de operadores no acotados que pueden no estar densamente definidos en un espacio de Hilbert.Abordamos también el estudio de operadores cerrados y cerrables, el adjunto de un operador y una introducción a la teoría espectral de operadores.Una parte esencial de esta sección son los operadores simétricos e isométricos, los cuales exhiben similitudes en sus propiedades geométricas y espectrales.Cabe señalar que las observables físicas se representan por operadores simétricos típicamente no acotados.Por último, en la sección 4 se discuten brevemente postulados de la mecánica cuántica en el marco del formalismo de matrices de densidad, se revisa el modelo del oscilador armónico cuántico y se ofrece una introducción a los estados cuánticos Gaussianos.Al final de cada sección incluimos una selección de problemas que sirven para complementar estas notas.El lector interesado puede profundizar en el estudio de resultados aquí expuestos, desde los más básicos hasta los más avanzados, en la literatura clásica de operadores lineales, por ejemplo en [1,2,3,4,13,20].
El debate sobre el determinismo e indeterminismo en la física ha alcanzado una enorme expansión con el advenimiento de la mecánica cuántica, una teoría formulada en términos probabilísticos dado que su ecuación fundamental, la ecuación de Schrödinger, no determina la dinámica de las propiedades de un sistema, sino la dinámica de sus probabilidades. Al tratar exclusivamente con probabilidades, la física cuántica parece evidenciar un indeterminismo ontológico en los valores que adquieren las variables de un sistema físico (típicamente posición, velocidad, energía, etc.). Sin embargo la evolución del estado del sistema, gobernada por la ecuación de Schrödinger, es perfectamente determinista. Dado el estado a un tiempo inicial, la ecuación de Schrödinger predice de manera determinista el estado en todo tiempo posterior. Pero las probabilidades entran en juego al predecir resultados en el proceso de medición. Según la interpretación ortodoxa, a partir de ahí la evolución es indeterminista y sólo se puede recurrir a las probabilidades que permiten calcular el estado, que hasta ese momento evolucionó manera determinista. La mecánica cuántica parece incorporar así, tanto aspectos determínisticos como indetermínisticos, y la medición parece jugar un rol central en esto.Esta característica ha dado origen un sinnúmero de interpretaciones y no poca controversia entre ellas. Bajo la visión realista, se ha intentado interpretar las probabilidades en términos epistemológicos, es decir, en términos de ignorancia subjetiva del observador. De este modo, las probabilidades sólo estarían cuantificando un indeterminismo epistemológico. Sin embargo muchos de estos intentos demostraron no estar exentos de inconsistencias al punto de poner en juego hasta la misma noción de realismo. Desde una postura no realista, por el contrario, la mecánica cuántica parece imponer un indeterminismo ontológico antes no evidenciado por la mecánica clásica, principalmente porque no es posible asignar valores bien definidos a todas las variables.En las siguientes secciones indagaremos la dualidad entre determinismo e indeterminismo que exhibe la teoría cuántica. La primera sección centra su recorrido en las interpretaciones modales, para analizar desde ella algunas características relevantes de la teoría. En la segunda sección, se desarrollará la formulación Bohmiana de la mecánica cuántica, que tratándose de una formulación realista, pone de relieve la posibilidad de un indeterminismo epistemológico compatible con determinismo ontológico.
La Teoria dimensional, fundamento del Analisis Dimensional, desarrollada hasta el presente por Gonzalez de Posada se refiere a las teorias fisicas clasicas que tienen una estructura matematica comun. No existen antecedentes de generalizacion de estas disciplinas a la Mecanica cuantica o de creacion de unas nuevas disciplinas dimensionales. Se construye, por primera vez, una Teoria dimensional de la Mecanica cuantica no relativista que se denomina Teoria dimensional cuantica no relativista. Se catalogan y caracterizan, en primer lugar, los constructos magnitudinales de la Mecanica cuantica no relativista, y, en segundo lugar, los constructos legaliformes (hipotesis magnitudinales principios ecuacionales, leyes relacionales). Se describen con estructura uniforme las leyes relacionales para etableceer el orden de la teoria y se deduce la dimension de los diferentes constructos magnitudinales. La Mecanica cuantica no relativista esta integrada por dos teorias: la Mecanica matricial de Heisenberg y la Mecanica ondulatoria de Schrodinger. Se deduce que ambas teorias son de orden 5 y se recomiendan como bases usuales para ambas la B={E, h, L, q, S}. Pero se insiste en que constituyen dos teorias diferentes, dado que, por ejemplo, la funcion de onda tiene distinta dimension en cada una de ellas. Se hace una introduccion complementaria de Analisis dimensional cuantico resolviendo los problemas de determinacion de la energia y de la funcion de onda en los casos del pozo unidireccional de paredes infinitas y del oscilador armonico unidireccional.
El material de este artículo está dividido en cinco secciones. En la Sec. I se discuten brevemente las características básicas de los sistemas cuánticos, haciendo hincapié en sus propiedades estocásticas. En la Sec. II se describe una versión de la mecánica cuántica estocástica, que demuestra que es posible leer el formalismo cuántico en términos estocásticos. En la Sec. III se describen los elementos de la electrodinámica estocástica y se discuten sus posibilidades y limitaciones como teoría fundamental de los sistemas cuánticos. En la Sec. IV se presenta una reformulación reciente de esta teoría, que supera las limitaciones de la teoría discutida en la sección anterior. Finalmente, en la Sec. V se discuten muy brevemente los teoremas de EPR, von Neumann y Bell. La presentación es didáctica e incluye una amplia lista de referencias, pero se omiten en lo general los detalles de las derivaciones.
En este breve escrito se hace algunos comentarios sobre la física cuántica con el objetivo de hacer un acercamiento al lector a este nuevo paradigma y de motivar una reflexión en esta línea.La física cuántica es la ciencia más desarrollada y mejor fundamentada hasta el momento junto con la teoría de la relatividad de Einstein. Toda la tecnología actual es una consecuencia directa de la física cuántica, es decir sin física cuántica no hubiese sido posible la construcción de un láser, computador (internet), celulares, microondas, transbordadores espaciales, etc. El impacto de la tecnología en el hombre moderno es abrumador, el acceso a la información, la creación de internet y las consecuencias sobre las estructuras políticas, educativas y económicas es impresionante.Entonces la importancia de la física cuántica está más que justificada, además la cosmología relativista, la teoría cuántica de campos, la astrofísica, las teorías del big bang sobre el origen del universo, agujeros negros, materia oscura, teoría de supercuerdas, supermembranas, la física nuclear, universos paralelos, la física atómica, etc se enmarcan dentro de la física moderna, que consta de la física cuántica y la teoría de la relatividad general.La física cuántica nos proporciona mucha tecnología pero este no es su único aspecto de gran relevancia, hay otro aspecto y muy importante, es la forma de pensar que introduce. El pensamiento cuántico introduce una forma de pensar radicalmente distinta a lo que antes el ser humano creía saber sobre la naturaleza del universo y de si mismo. Las ideas cuánticas son complejas precisamente por ese aspecto de tener que reestructurar la mente en todos sus esquemas conceptuales