Qué es la teoría atómica
La hipótesis de la estructura molecular -que una molécula es un conjunto de átomos unidos por una red de enlaces- se forjó en el crisol de la química experimental del siglo XIX. Ha seguido siendo el principal medio de ordenar y clasificar las observaciones de la química. La dificultad de esta hipótesis radicaba en que no estaba directamente relacionada con la mecánica cuántica, la física que rige los movimientos de los núcleos y electrones que componen los átomos y los enlaces. De hecho, prevalecía, y todavía prevalece entre algunos, la opinión de que estos conceptos fundamentales, aunque incuestionablemente útiles, estaban más allá de la definición teórica. En química tenemos una comprensión basada en un esquema de clasificación que es a la vez poderoso y al mismo tiempo, debido a su naturaleza empírica, limitado.
Richard Feynman y Julian Schwinger nos han proporcionado una reformulación de la física que permite plantear y responder a las preguntas “¿qué es un átomo en una molécula y cómo predecir sus propiedades?”. Estas preguntas se plantearon en mi laboratorio, donde se demostró que esta nueva formulación de la física, cuando se aplica a la topología observada de la distribución de la carga electrónica en el espacio real, produce una partición única de algún sistema total en un conjunto de regiones espaciales acotadas. La forma y las propiedades de los grupos así definidos recuperan fielmente las características atribuidas a los átomos y grupos funcionales de la química. Al establecer esta asociación, la hipótesis de la estructura molecular se libera de sus limitaciones empíricas y todo el poder predictivo de la mecánica cuántica puede incorporarse a la teoría resultante: una teoría de átomos en moléculas y cristales.
Teoría atómica de John Dalton
El atomismo (del griego ἄτομον, atomon, es decir, “no divisible, indivisible”)[1][2][3] es una filosofía natural que propone que el universo físico está formado por componentes fundamentales indivisibles conocidos como átomos.
Las referencias al concepto de atomismo y sus átomos aparecen tanto en la antigua tradición filosófica griega como en la india. Leucipo es la figura más antigua cuyo compromiso con el atomismo está bien atestiguado y se le suele atribuir la invención del atomismo[4]. Él y otros antiguos atomistas griegos teorizaron que la naturaleza consta de dos principios fundamentales: el átomo y el vacío. Agrupaciones de diferentes formas, disposiciones y posiciones dan lugar a las diversas sustancias macroscópicas del mundo[5][4].
Las partículas de materia química de las que los químicos y otros filósofos naturales de principios del siglo XIX encontraron pruebas experimentales se consideraban indivisibles, y por ello John Dalton les dio el nombre de “átomo”, utilizado durante mucho tiempo por la filosofía atomista. Aunque la conexión con el atomismo histórico es, en el mejor de los casos, tenue, las partículas elementales se han convertido en un análogo moderno de los átomos filosóficos.
Teoría científica
Investigamos la teoría de átomos ultrafríos y sistemas de estado sólido, con especial énfasis en los efectos de muchos cuerpos. Uno de nuestros principales intereses de investigación es la dinámica de muchos cuerpos, como las transiciones dinámicas de fase y el control dinámico de sistemas de muchos cuerpos, así como las propiedades de superfluidez y superconductividad. Además, estudiamos los diagramas de fase de equilibrio de átomos ultrafríos, tanto a temperatura finita como a temperatura cero. Otro objetivo es el avance de la tecnología de los sistemas de átomos ultrafríos, por ejemplo investigando nuevos métodos de enfriamiento y detección.
El movimiento sísmicamente excitado de la péndula de alto Q en los observatorios de ondas gravitacionales establece un límite de sensibilidad a las frecuencias de ondas gravitacionales sub-audio. Aquí, informamos sobre el uso del aprendizaje automático para predecir con éxito el movimiento de un péndulo de alto Q con una frecuencia de resonancia de 1,4 Hz que es impulsado por la actividad sísmica natural. Conseguimos una reducción de la densidad espectral de potencia de desplazamiento de 40 dB a la frecuencia de resonancia de 1,4 Hz y de 6 dB a 11 Hz. Nuestro resultado sugiere que el aprendizaje automático es capaz de reducir significativamente el movimiento de la masa de prueba inducido sísmicamente en detectores de ondas gravitacionales en combinación con técnicas correctivas feed-forward.
Modelos atómicos
Como el cuento cervantino de Sancho Panza, que pierde a su burro en un capítulo pero pocos capítulos después, gracias al olvido del autor, vuelve a montar al querido animalito, nuestra historia tiene contradicciones.
ResumenAlejándonos de la tradicional lectura reduccionista de la teoría cuántica de átomos en moléculas (QTAIM), en este trabajo analizamos el papel desempeñado por la QTAIM en la relación entre la química molecular y la mecánica cuántica desde una perspectiva emergentista. En particular, mostramos que dicha relación implica dos pasos: una emergencia intradominio y una emergencia interdominio. La emergencia intradominio, interna a la mecánica cuántica, resulta del hecho de que la densidad electrónica, a partir de la cual se definen todos los demás conceptos de QTAIM, surge de la función de onda como una magnitud de grano grueso. La emergencia entre dominios implica un vínculo analógico, un mapeo, entre las entidades de QTAIM, como los átomos topológicos y las trayectorias de enlace, y las entidades que pueblan el dominio de la química molecular, como los átomos químicos y los enlaces químicos.