14.3: La materia como una ola
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[En] unos minutos estaré todo derretido... He sido malvada en mi época, pero nunca pensé que una niña como tú jamás podría derretirme y acabar con mis malvadas hazañas. ¡Mira, aquí voy! — La malvada bruja del oeste
Como la Bruja Mala aprendió por las malas, perder la cohesión molecular puede ser desagradable. Por eso deberíamos estar muy agradecidos de que los conceptos de física cuántica se apliquen tanto a la materia como a la luz. Si la materia obedeciera a las leyes de la física clásica, las moléculas no existirían.
Consideremos, por ejemplo, el átomo más simple, el hidrógeno. ¿Por qué un átomo de hidrógeno forma un enlace químico con otro átomo de hidrógeno? En términos generales, esperaríamos que un par vecino de átomos de hidrógeno, A y B, no ejerza ninguna fuerza el uno sobre el otro, atractivo o repulsivo: hay dos interacciones repulsivas (protón A con protón B y electrón A con electrón B) y dos interacciones atractivas (protón A con electrón B y electrón A con protón B). Pensando un poco más precisamente, incluso deberíamos esperar que una vez que los dos átomos se acercaran lo suficiente, la interacción sería repulsiva. Por ejemplo, si los apretabas tan cerca que los dos protones estaban casi uno encima del otro, habría una repulsión tremendamente fuerte entre ellos debido a la\(1/r^2\) naturaleza de la fuerza eléctrica. La repulsión entre los electrones no sería tan fuerte, porque cada electrón se extiende sobre un área grande, y no es probable que se encuentre justo encima del otro electrón. Así, las moléculas de hidrógeno no deberían existir según la física clásica.
¡Física cuántica al rescate! Como veremos en breve, todo el problema se resuelve aplicando los mismos conceptos cuánticos a los electrones que ya hemos utilizado para los fotones.