Divulgación Se podría predecir salto cuántico

[dangarlo]

Existe la posibilidad de que el comportamiento de la serotonina ayude a predecir los saltos cuánticos?

[Alriga]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Hola dangarlo, bienvenido a La web de Física, como miembro reciente, lee Consejos para conseguir ayuda de forma efectiva

¿Existe la posibilidad de que el comportamiento de la serotonina ayude a predecir los saltos cuánticos?

No. El instante en el que se producirá un salto cuántico individual es impredecible, la Naturaleza es así. Por lo tanto no puede "ayudar a predecirlo" ni la serotonina ni nada.

Saludos.

[carroza]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Hola.

A pesar de lo que se dice, erroneamente, en muchos textos divulgativos, no hay saltos cuánticos. Una explicación está en http://forum.lawebdefisica.com/threa...a-luz-el-foton

Saludos

[Fortuna]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Hola.

A pesar de lo que se dice, erroneamente, en muchos textos divulgativos, no hay saltos cuánticos. Una explicación está en http://forum.lawebdefisica.com/threa...a-luz-el-foton

Saludos

No sólo en los textos divulgativos. En la universidad, hace ya casi 40 años, en químicas, lo explicaban así.

Una cosa no me queda clara. Si la distribución de carga oscila 500000 de veces durante la evolución del estado excitado al estado fundamental, como pones en el ejemplo a @jopetees, y estas oscilaciones de la distribución de carga del electrón son las que generan las oscilaciones del campo eléctrico que componen el fotón, ¿el fotón tiene 500000 longitudes de onda?. Eso serían 0.6$\mu m$ de largo con los datos que pones allí. Tal vez estoy mezclando conceptos y simplificando mucho e imaginando un distribución espacial lineal del fotón, como la pintan, ahora sí, en los textos de divulgación y puede que esto no sea así. O tal vez simplemente esto es mecánica cuántica y hay que dejarse de prejuicios intuitivos y hablar sólo de observables y probabilidades, como empezó a hacer Heisenberg. Es decir, como dice la wikipedia:

[FONT=sans-serif]In general the transition dipole moment is a [/FONT]complexvector[FONT=sans-serif] quantity that includes the phase factors associated with the two states. Its direction gives the polarization of the transition, which determines how the system will interact with an electromagnetic wave of a given polarization, while the square of the magnitude gives the strength of the interaction due to the distribution of charge within the system.[/FONT]

Saludos.

[carroza]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Una cosa no me queda clara. Si la distribución de carga oscila 500000 de veces durante la evolución del estado excitado al estado fundamental, como pones en el ejemplo a @jopetees, y estas oscilaciones de la distribución de carga del electrón son las que generan las oscilaciones del campo eléctrico que componen el fotón, ¿el fotón tiene 500000 longitudes de onda?. Eso serían 0.6$\mu m$ de largo con los datos que pones allí.

Hola. El fotón describe un estado del campo electromagnético. Podemos hablar de estados del campo magnético de cero fotones, de un fotón (con una energía y un momento determinados), de dos fotones, etc,

De la misma manera que no es sorprendente que un estado del campo electrómagnético oscile a lo largo de 500000 longitudes de onda, no debe sorprendernos que el fotón "tenga" 500000 longitudes de onda. Estrictamente hablando, si queremos construir un fotón que tenga una energía y un momento perfectamente definidos, entonces necesitaremos que el fotón se extienda espacialmente hasta el infinito. Si el fotón describe un campo que solamente tiene una extensión espacial L de una micra, será un fotón cuya energía tendrá una indeterminación de $\Delta E = \hbar c/ L = 0.197 eV$.

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Tal vez estoy mezclando conceptos y simplificando mucho e imaginando un distribución espacial lineal del fotón, como la pintan, ahora sí, en los textos de divulgación y puede que esto no sea así. O tal vez simplemente esto es mecánica cuántica y hay que dejarse de prejuicios intuitivos y hablar sólo de observables y probabilidades, como empezó a hacer Heisenberg.

Yo, personalmente, pienso que la mecánica cuántica se puede entender, y uno puede desarrollar ideas intuitivas sobre ella. La clave es entender, previamente, los campos clásicos. Hay campos clásicos, que tienen energía, y tienen momento, y pueden interaccionar con cosas como velas solares, y pueden provocar movimiento. Si se entiende esto bien, no debe haber mucho problema en entender que estos campos se cuantizan, e intercambian energía en "paquetes" que llamamos fotones (o fonones, o plasmones, o electrones, o quarks, etc).

Saludos

[Fortuna]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Hola. El fotón describe un estado del campo electromagnético. Podemos hablar de estados del campo magnético de cero fotones, de un fotón (con una energía y un momento determinados), de dos fotones, etc,

De la misma manera que no es sorprendente que un estado del campo electrómagnético oscile a lo largo de 500000 longitudes de onda, no debe sorprendernos que el fotón "tenga" 500000 longitudes de onda. Estrictamente hablando, si queremos construir un fotón que tenga una energía y un momento perfectamente definidos, entonces necesitaremos que el fotón se extienda espacialmente hasta el infinito. Si el fotón describe un campo que solamente tiene una extensión espacial L de una micra, será un fotón cuya energía tendrá una indeterminación de $\Delta E = \hbar c/ L = 0.197 eV$.

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Yo, personalmente, pienso que la mecánica cuántica se puede entender, y uno puede desarrollar ideas intuitivas sobre ella. La clave es entender, previamente, los campos clásicos. Hay campos clásicos, que tienen energía, y tienen momento, y pueden interaccionar con cosas como velas solares, y pueden provocar movimiento. Si se entiende esto bien, no debe haber mucho problema en entender que estos campos se cuantizan, e intercambian energía en "paquetes" que llamamos fotones (o fonones, o plasmones, o electrones, o quarks, etc).

Saludos

Me pierdo. Creía que entendía estas cosas. Estamos hablando de dos conceptos, el principio de indeterminación y el concepto de fotón emitido durante una transición.

A ver, primero dices que

Podemos hablar de estados del campo magnético de cero fotones, de un fotón (con una energía y un momento determinados), de dos fotones, etc,

Luego

será un fotón cuya energía tendrá una indeterminación de $\Delta E = \hbar c/ L = 0.197 eV$.

Así que lo que debe estar mal es que le asigno una longitud espacial al fotón que viene de asignarle 500000 oscilaciones durante el proceso de emisón ya que

Estrictamente hablando, si queremos construir un fotón que tenga una energía y un momento perfectamente definidos, entonces necesitaremos que el fotón se extienda espacialmente hasta el infinito

Pero entonces la duración de la transición sería infinita en el tiempo y no podremos medirlo, o bien mediríamos muchos fotones, pero no me cuadra, siempre he pensado que una transición emite exactamente 1 fotón, no 2 o más.

Espero que haya explicado mis dudas.

Un saludo.

[carroza]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Pero entonces la duración de la transición sería infinita en el tiempo y no podremos medirlo, o bien mediríamos muchos fotones, pero no me cuadra, siempre he pensado que una transición emite exactamente 1 fotón, no 2 o más.

A ver: Si tienes una transición, por ejemplo entre dos niveles de un átomo, esta transición tendrá en general una vida media $\tau$. Eso implica que el nivel excitado no tiene una energía bien definida $E$, sino que tiene una "anchura" dada por $\Gamma = \hbar / \tau$, donde en general $E \gg \Gamma$. Conforme ocurre la transición al estado fundamental, que ocurre no bruscamente, no mediante un "salto cuántico", sino gradualmente, con una escala de tiempo $\tau$, el estado del atomo pasa a ser una combinación del estado excitado y el estado fundamental. La densidad de carga oscila en el tiempo con una frecuencia característica $\omega = E/\hbar$. Esto genera un pulso de campo electromagnético, con una duración del orden de $\tau$, y por tanto de una extensión típica $L = \tau c = \hbar c / \Gamma$, en el que caben muchas longitudes de onda del campo electromagnético, que son típicamente $\lambda = c/\omega = \hbar c / E$.

Este pulso electromagnético esta asociado con un foton, sin energía bien definida, que se obtiene realizando una combinación lineal de infinitos estados de un fotón con energía bien definida E', donde E' está típicamente en el rango $(E-\Gamma) \le E' \le (E+\Gamma)$.

Así que, efectivamente, en una transición se produce, normalmente, un fotón, localizado en el espacio, pero ese fotón no tiene energía bien definida. La mecánica cuántica nos permite expresar este fotón como combinación lineal de estados de un fotón, con energía bien definida y por tanto con extensión infinita.

Esto es equivalente a lo que se hace con las transformadas de Fourier: Uno puede expresar una función localizada, por ejemplo una Gaussiana, como combinación de funciones seno y coseno, que se extienden hasta el infinito.

saludos

[Fortuna]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Gracias Carroza. La explicación es impecable y me hace entender algo que en su día me tragué por las buenas: que los estados electrónicos excitados no tienen una energía fija sino cierta indeterminación.

Me surgen varias dudas, pero son demasiado complejas de explicar. Casi será mejor abrir un hilo aparte, pues van a incluir la evolución temporal de los coeficientes que determinan la probabilidad de cada uno de los estados en la ecuación de Schrodinger dependiente del tiempo.

Entre otras cosas estaba pensando en la definición actual de segundo y su posible indeterminación, ya que toda transición tiene su vida media o escala de tiempo y por tanto cierta indeterminación. Pero eso nos llevaría a entender que es una transición entre estados hiperfinos . Demasiado complicado por lo que he ido viendo.

PD. Olvida esto, seguro que la definición actual es millones de veces más precisa que las anteriores.

Otra duda es de carácter filosófico. Aunque matemáticamente un fotón, como pulso electromagnético, puede ser descrito por una superposición continua de infinitas ondas planas, de infinitas energías exactas distintas, físicamente no le veo mucho sentido pensar que un fotón centrado en un pico del visible tenga cierta probabilidad no nula de ser "detectado" como un único fotón en microondas o rayos X, aunque esta probabilidad sea infinitesimal. Porque aunque algo tenga una probabilidad muy baja de ocurrir, si el número de eventos es gigantesco, acaba por ocurrir.

Saludos, y gracias por la explicación anterior.

[Julián]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Hola, leyendo el post no me queda claro la siguiente afirmación. ç

A ver: Si tienes una transición, por ejemplo entre dos niveles de un átomo, esta transición tendrá en general una vida media . Eso implica que el nivel excitado no tiene una energía bien definida , sino que tiene una "anchura" dada por , donde en general . Conforme ocurre la transición al estado fundamental, que ocurre no bruscamente, no mediante un "salto cuántico", sino gradualmente, con una escala de tiempo , el estado del atomo pasa a ser una combinación del estado excitado y el estado fundamental. La densidad de carga oscila en el tiempo con una frecuencia característica . Esto genera un pulso de campo electromagnético, con una duración del orden de , y por tanto de una extensión típica , en el que caben muchas longitudes de onda del campo electromagnético, que son típicamente .

¿En qué te basas al decir que la energía en la transición no está dfinida pero si el tiempo $\Gamma$? Sin lugar a dudas en el principio de incertidumbre pero ¿por qué tienes más certeza en el tiempo que en el cambio energético?

Si consideramos un átomo gaseoso, tiene el electrón de valencia en el mayor nivel energético $|\psi>$, con los demás estados ocupados . Al recibir radiación externa o mediante colisiones con otros átomos, este electrón puede adquirir energía durante el tiempo $\tau$, ocupando estados de mayor energía desocupados $<H|\psi>$. Ante la finalización de ese proceso extorno, el electrón decae emitiendo radiación hasta alcanzar el menor estado desocupado.

Pero tanto la energía adquirida en dicho proceso externo como el tiempo $\tau$ siguen el principio de indeterminación $\Delta E \Delta t \leqslant \hbar /2$. ¿Por qué tendría más determinación el tiempo? Partes de conocer con mayor certeza $\tau$ y no $E$ en la transición. ¿Siempre es así?

Otra duda es de carácter filosófico. Aunque matemáticamente un fotón, como pulso electromagnético, puede ser descrito por una superposición continua de infinitas ondas planas, de infinitas energías exactas distintas, físicamente no le veo mucho sentido pensar que un fotón centrado en un pico del visible tenga cierta probabilidad no nula de ser "detectado" como un único fotón en microondas o rayos X, aunque esta probabilidad sea infinitesimal. Porque aunque algo tenga una probabilidad muy baja de ocurrir, si el número de eventos es gigantesco, acaba por ocurrir.

Un pulso electromagnético jamás poseerá una única frecuencia, si en cambio tendrá un pico en frecuencia, en su distribución.
Eso no es filosófico sino matemático. Un pulso tiene contenido disperso en frecuencia, una señal senoidal o cosenoidal pura no. Mientras más acotado temporalmente el pulso menor será en frecuencia. La energía depende exclusivamente de la frecuencia y en función de la misma se cataloga el espectro electromagnético.
Ahí estás confundiendo la duración temporal del pulso con su espectro en frecuencia y creo que eso se basa en pensar que toda perturbación del campo eléctrico es senoidal y no es así, puede ser perturbado con forma d diente de sierra (por ejemplo), claro esa forma de onda no resultará de la transición de un único electrón.
En la naturaleza no existe el cambio abrupto instantáneo, si tienes una señal senoidal no puede pasar a cero inmediatamente, en t->0. Esa transición o cambio transcurre en un tiempo y su inversa es la frecuencia. Sucede en la visión clásica también. Es pura transformada de fourrier.

[carroza]

Re: Se podría predecir salto cuántico

Pero tanto la energía adquirida en dicho proceso externo como el tiempo $\tau$ siguen el principio de indeterminación [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] . ¿Por qué tendría más determinación el tiempo? Partes de conocer con mayor certeza $\tau$ y no $E$ en la transición. ¿Siempre es así?

Hola. La vida media $\tau$ no es un tiempo en el que ocurre algo. La vida media es una parámetro de la distribución de probabilidad de que un observador externo determine que la transición ocurra. La expresión que toma esta distribución de probabilidad es $P(t) = \exp( - t/\tau) / \tau$. A partir de ahi, puedes ver que $\int_0^\infty P(t) dt =1$. Según esta expresión, el decaimiento no ocurre en el instante fijo $t=\tau$ (o, mejor expresado, el observador externo no observa la transición en $t = \tau$), sino que puede ocurrir en cualquier instante entre $t=0$ y $t=\infty$. Para esta distribución de tiempos, el tiempo medio es $<t> = \int_0^\infty t P(t) dt = \tau$, y la incertidumbre es $(\Delta t)^2 = <t^2> -(<t>)^2 = \int_0^\infty (t^2 - \tau^2) P(t) dt = \tau^2$.

Saludos