fluctuación

History

Su estudio sistemático comenzó en el siglo XIX: Robert Brown descubrió el movimiento browniano (1827), y Ludwig Boltzmann y Josiah Gibbs crearon la mecánica estadística que explicó esas oscilaciones.

How it works

Imagina una playa con gente: en promedio todos están tumbados uniformemente, pero a veces se forman grupos alrededor del vendedor de helados. Así son las moléculas en el aire: en una habitación la presión es constante, pero en un volumen microscópico la densidad fluctúa; esas son las fluctuaciones.

History

Su estudio sistemático comenzó en el siglo XIX: Robert Brown descubrió el movimiento browniano (1827), y Ludwig Boltzmann y Josiah Gibbs crearon la mecánica estadística que explicó esas oscilaciones.

How it works

Imagina una playa con gente: en promedio todos están tumbados uniformemente, pero a veces se forman grupos alrededor del vendedor de helados. Así son las moléculas en el aire: en una habitación la presión es constante, pero en un volumen microscópico la densidad fluctúa; esas son las fluctuaciones.

History

El concepto se consolidó en el siglo XIX: después de que Robert Brown observara en 1827 el movimiento caótico del polen en el agua, Albert Einstein describió cuantitativamente el movimiento browniano en 1905, demostrando la existencia de moléculas. Previamente, Ludwig Boltzmann había sentado las bases de la interpretación estadística de la termodinámica, relacionando la entropía con la probabilidad y, por tanto, con las fluctuaciones. En el ámbito cuántico, el formalismo se desarrolló a mediados del siglo XX.

How it works

En sistemas termodinámicos, la probabilidad de una fluctuación está exponencialmente suprimida, como indica la distribución de Boltzmann (P ~ e^{-ΔE/kT}). En mecánica cuántica, incluso el estado fundamental del oscilador armónico tiene energía distinta de cero, lo que provoca fluctuaciones de punto cero en la coordenada y el momento, como se deduce del principio de incertidumbre de Heisenberg. En cosmología, las fluctuaciones cuánticas del campo del inflatón en el vacío, estiradas hasta escalas macroscópicas, se convirtieron en las semillas de la estructura a gran escala del universo, observable a través de las anisotropías de la radiación cósmica de fondo.

Open problems & fun facts

¿Cómo explicar el valor exacto de la amplitud de las fluctuaciones primordiales que condujo a nuestro universo observable?; ¿Cómo relacionar las fluctuaciones cuánticas con la energía oscura: es esta una consecuencia de las fluctuaciones del vacío o algo diferente?; ¿Se pueden controlar experimentalmente las fluctuaciones cuánticas para realizar mediciones ultraprecisas, por ejemplo, en detectores de ondas gravitacionales?

💡 En el efecto Hall cuántico, las fluctuaciones se manifiestan como carga fraccionaria: los electrones, junto con las fluctuaciones, crean cuasipartículas colectivas con cargas e/3, e/5, etc.