Angel "Java" Lopez en Blog

12 de Julio, 2014


Publicado el 12 de Julio, 2014, 14:49

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Sigo leyendo algo más adelante, el capítulo 5, Quantum Mechanics and a Talk with Einstein (1925-1926):

In the summer term of 1925, when I resumed my research work at the University of Gottingen-since July 1924 I had been Privatdozent at that university-I made a first attempt to guess what formulae would enable one to express the line intensities of the hydrogen spectrum, using more or less the same methods that had proved so fruitful in my work with Kramers in Copenhagen. This attempt led to a dead end -I found myself in an impenetrable morass of complicated mathematical equations, with no way out. But the work helped to convince me of one thing: that one ought to ignore the problem of electron orbits inside the atom, and treat the frequencies and amplitudes associated with the line intensities as perfectly good substitutes.

Ese es el gran cambio que dió Heisenberg: concentrarse en las frecuencias e intensidades (ya comenzaba a mencionar "amplitudes"),

In any case, these magnitudes could be observed directly, and as my friend Otto had pointed out when expounding on Einstein's theory during our bicycle tour round Lake Walchensee, physicists must consider none but observable magnitudes when trying to solve the atomic puzzle.

Tengo pendiente comentar sobre esas charlas con su amigo Otto, y también con Wolfgang Pauli.

My attempt to apply this scheme to the hydrogen atom had come to grief on the complications of this particular problem. Accordingly, I looked for a simpler mathematical system and found it in the pendulum, whose oscillations could serve as a model for the molecular vibrations treated by atomic physics. My work along these lines was advanced rather than retarded by an unfortunate personal setback.

Aparece el ataque de la "fiebre de heno", y el viaje a Heligoland:

Toward the end of May 1925, I fell so ill with hay fever that I had to ask Born for fourteen days' leave of absence. I made straight for Heligoland, where I hoped to recover quickly in the bracing sea air, far from blossoms and meadows. On my arrival I must have looked quite a sight with my swollen face; in any case, my landlady took one look at me, concluded that I had been in a fight and promised to nurse me through the aftereffects. My room was on the second floor, and since the house was built high up on the southern edge of the rocky island, I had a glorious view over the village, and the dunes and the sea beyond. As I sat on my balcony, I had ample opportunity to reflect on Bohr's remark that part of infinity seems to lie within the grasp of those who look across the sea.

Ahora podía concentrarse en el problema:

Apart from daily walks and long swims, there was nothing in Heligoland to distract me from my problem, and so I made much swifter progress than I would have done in Gottingen. A few days were enough to jettison all the mathematical ballast that invariably encumbers the beginning of such attempts, and to arrive at a simple formulation of my problem. Within a few days more, it had become clear to me what precisely had to take the place of the Bohr-Sommerfeld quantum conditions in an atomic physics working with none but observable magnitudes. It also became obvious that with this additional assumption I had introduced a crucial restriction into the theory. Then I noticed that there was no guarantee that the new mathematical scheme could be put into operation without contradictions. In particular, it was completely uncertain whether the principle of the conservation of energy would still apply, and I knew only too well that my scheme stood or fell by that principle.

El tema de la conservación de la energía (o de su falta de conservación) apareció en otras formulaciones tempranas. Veremos en el próximo post cómo se las arregló Heisenberg para mantener ese principio.

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
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Por ajlopez, en: Ciencia

Publicado el 12 de Julio, 2014, 14:36

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Termino hoy el comentario del prefacio de de "Mathematical Foundations of Quantum Mechanics", de John Von Neumann. Leo al final:

In the analysis of the fundamental questions, it will be shown how the statistical formulas of quantum mechanics can be derived from ajfew qualitative, basic assumptions. Furthermore, there will be a detailed discussion of the problem as to whether it is possible to trace the statistical character of quantum mechanics to an ambiguity (i.e., incompleteness) in our description of nature.

Este es un gran tema, el que preocupaba a Einstein. Habiendo derivado muchas conclusiones apelando al manejo de la estadística (como en su relación entre los coeficientes de emisión y absorción de radiación por los átomos), siempre pensó que esos métodos se aplicaban porque no teníamos el conocimiento completo del sistema.

Indeed, such an interpretation would be a natural concomitant of the general principle that each probability statement arises from the incompleteness of our knowledge. This explanation "by hidden parameters" as well as another, related to it, which ascribes the "hidden parameter" to the observer and not to the observed system, has been proposed more than once. However, it will appear that this can scarcely succeed in a satisfactory way, or more precisely, such an explanation is incompatible with certain qualitative fundamental postulates of quantum mechanics.

Tengo que estudiar cuál es la incompatibilidad que señala von Neumann.

The relation of these statistics to thermodynamics is also considered. A closer investigation shows
that the well known difficulties of classical mechanics, which are related to the "disorder" assumptions necessary for the foundation of thermodynamics, can be eliminated here.

Siempre termina apareciendo en estas cuestiones la termodinámica. Recordemos que fue este tema el que llevó a Planck a investigar la radiación de cuerpo negro. Me queda pendiente entonces entender la crítica de von Neumann a Dirac, y el tema de incompatibilidad de las variables ocultas con los postulados fundamentales de la mecánica cuántica.

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
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Por ajlopez, en: Ciencia

Publicado el 12 de Julio, 2014, 14:12

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Veamos hoy una condición adicional que tiene que cumplir la ecuación que buscamos. Ya tenemos las relaciones de Einstein/de Broglie, que ponen sobre la mesa las relaciones entre:

 Energía y Frecuencia
 Momento y Longitud de Onda

Esto es lo extraño y nuevo que se encontró a principios del siglo XX: la relación entre conceptos físicos, como energía y momento, con conceptos de onda. Esa relación no la hubiera esperado nadie. Ahora estamos buscando una ecuación que nos permita determinar una función de onda, una expresión matemática que nos de un valor a cada punto r y cada instante t.

Pues bien, cualquier cosa que hallemos, deberá ser compatible con la física clásica, al menos en el límite. Una de las cosas que esperaríamos es que sea compatible con:

Esta relación clásica expone la relación entre energía total E, energía cinética y energía potencial, en un sistema de una partícula de masa m, momento p, y energía potencial V. Si estamos en el caso de una partícula libre dentro de un potencial V que no se altera con el tiempo, la relación de arriba debe dar una energía E constante. En esta relación aparece tanto la energía potencial V, como la energía cinética dependiente del momento p, y la energía total. De alguna forma, tenemos que relacionar esos conceptos, energía y momento, con frecuencia y longitud de onda. Lo vamos a lograr, pero lo que consigamos deberá ser compatible con la relación de arriba, en el caso de potencial V constante en el tiempo y sólo dependiente de la posición de la partícula. No sabemos cómo una función de onda:

Va a aparecer involucrada en esta relación, pero ya vamos a llegar al tema. Alguna pista ya nos dan las relaciones de Einstein/de Broglie, que nos permiten relacionar energía y momento, con frecuencia (en el tiempo) y longitud de onda (en el espacio).

Otra condición que nos gustaría satisfacer, es la linealidad de las soluciones. Es decir, si:

es una solución a la ecuación de ondas que buscamos, y:


es otra solución a la misma ecuación de ondas, entonces requerimos que:

sea también una solución potable a la misma ecuación, con coeficientes alfa y beta cualesquiera. Esta exigencia viene motivada para explicar cualquier fenómeno de interferencias de ondas en los experimentos. La linealidad nos va a permitir combinar de distintas formas soluciones encontradas, simplemente sumándolas, y dando a cada solución inicial, un coeficiente de peso (alfa y beta en la fórmula de arriba).

Ya tenemos dispuesto el escenario y las relaciones que queremos satisfacer. ¿Podremos obtener una ecuación cuya solución nos dé la función de onda buscada? Armados con estas dos nuevas exigencias, y lo que exploramos en los anteriores posts, ya estamos en condiciones de buscar la ecuación soñada.

Nos leemos!


Angel "Java" Lopez
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Por ajlopez, en: Ciencia