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<strong>LA</strong> <strong>FÍSICA</strong> CUÁNTICA<br />
<strong>PARA</strong> “<strong>GENTE</strong> <strong>BIEN</strong>”<br />
¿Quiénes son “Gente bien?: Pues los que leen la obra<br />
Mario Blacutt Mendoza<br />
(Master of Science)<br />
1
Los derechos de autor de las versiones impresa y digital de la presente<br />
obra están debidamente reservados y protegidos por Ley<br />
2
PRÓLOGO<br />
Albert Einstein formuló con su Teoría de la Relatividad General la existencia<br />
de las ondas gravitacionales, una especie de olas en el Universo<br />
La comunidad científica ha tenido que esperar cien años hasta poder dar la<br />
razón, con pruebas, a una de las mentes más privilegiadas del siglo XX.<br />
Demostrar la existencia de estas ondas era el último reto pendiente de la<br />
Teoría de la Relatividad General, que Einstein formuló en 1915<br />
Las ondas gravitacionales son una especie de "olas en el océano cósmico"<br />
Einstein estableció que los objetos que se mueven en el Universo producen<br />
ondulaciones en el espacio-tiempo<br />
Éstas son las ondas gravitacionales, las cuales son "una nueva ventana al<br />
Universo"<br />
Gracias a ellas se podrá entender los mecanismos por los que suceden algunos<br />
de los eventos más violentos del Cosmos<br />
Ejemplo: las colisiones entre agujeros negros o las explosiones de estrellas<br />
Será el inicio de una nueva era en astronomía, porque el Universo es casi<br />
transparente para ellas, lo que permitirá observar fenómenos astrofísicos<br />
Fenómenos que de otra manera permanecerían ocultos; la formación de<br />
agujeros negros o cómo se comporta la materia en condiciones extremas<br />
El conocimiento del Cosmos se realiza hasta ahora, principalmente, a través<br />
de la radiación electromagnética (luz), con ellas se puede "ver"<br />
Con las ondas gravitacionales es como "oír” el Universo<br />
3
En los ’70 el descubrimiento de los púlsares, estrellas de neutrones, llevó a<br />
la primera evidencia indirecta de su existencia<br />
Además, los efectos de las ondas gravitacionales son tan pequeños que se<br />
necesita detectores gigantescos para intentar dar con ellas.<br />
La literatura, el poema, la música y el arte son dimensiones realmente queribles<br />
por el espíritu humano; verán que la Física moderna también lo es<br />
La Física Moderna, combinación de la Teoría de la Relatividad y la Mecánica<br />
Cuántica, nos trae mundos que no sospechábamos que existían<br />
Los teóricos de la Física no dejan de expresar su asombro ante las respuestas<br />
extrañas que la naturaleza ofrece a quiénes le preguntan<br />
Al parecer, la naturaleza ha impuesto un protocolo en su relación con el ser<br />
humano: dialogará si el ser humano se atiene a sus caprichos<br />
El sabio que desee dialogar con madre natura lo hará en las condiciones<br />
que madre natura impone, no hay otra manera<br />
Esto se refleja en la insignificancia de la razón como instrumento cognitivo<br />
del mundo, en sus diversas dimensiones<br />
Por supuesto que la versión que ahora se pone a disposición del lector es<br />
un conjunto de síntesis logradas de la lectura de varios físicos modernos<br />
Entre ellos, Fritjof Capra, cuya obra nos sirve de senda y guía para levitar<br />
en el mundo del macrocosmos y del microcosmos<br />
El lenguaje ha sido especialmente diseñado para quienes creen que los<br />
conceptos de la Física Moderna son complicados<br />
No hay tal; las ecuaciones con las que los físicos representan al universo sí,<br />
son difíciles, pero los conceptos pueden ser expresados con naturalidad<br />
Esta obra está hecha para el disfrute intelectual y emocional de los lectores;<br />
de paso, para enterarnos de lo que hasta ahora no sabíamos<br />
4
Para que suene más familiar he decidido estructurarla como si fuera una<br />
materia de alguna una Universidad, en la cual el lenguaje sería informal<br />
El Decano de la Facultad de Ciencias Naturales (virtual) tenía sus dudas<br />
sobre la forma en que el profesor había decidido dictar la materia<br />
El nombre, de por sí, ya mostraba una informalidad muy difícil de aceptar<br />
en una Casa Superior de Estudios, en la que todo es serio y racional<br />
Luego de varias charlas con el profesor que la había propuesto, aceptó la<br />
inclusión de la materia en la oferta académica de la Carrera<br />
En cambio, exigió que la materia fuera dictada en el aula y, al mismo tiempo,<br />
como un curso a distancia, en el marco de la extensión universitaria<br />
El curso se llamaría “Física Moderna para Gente Bien” eso era lo que molestaba<br />
al Decano; por supuesto, tenía razón para preocuparse<br />
Esta es la historia de ese primer curso virtual<br />
5
1<br />
EL ASOMBRO PRIMERO<br />
Los alumnos ya estaban en sus asientos; el profesor pidió los nombres y el<br />
semestre en el que cada uno se encontraba; cuando conectaba el mecanismo<br />
del data show y la computadora, un alumno, Jaime, pregunta:<br />
-dígame profe; ¿quiénes son gente bien?<br />
-pues todos los que toman este curso, los que participan en el curso a<br />
distancia y, finalmente, los que leen la obra<br />
Vanesa toma la palabra y, dirigiéndose al preguntón, le dice:<br />
-por lo que he observado en los cursos que compartimos tú y yo, me<br />
imagino que ésta debe ser la primera vez que te incluyen en algún círculo<br />
de “gente bien”<br />
-yo soy “gente bien” aquí, fuera de aquí; allá y más cerca de más allá,<br />
esta cualidad mía quedará demostrada al finalizar el curso<br />
-tal como lo veo, ya estás en el final cuando aún no hemos comenzado<br />
En ese momento intervino el profesor y les dijo que guardaran las energías<br />
para cumplir con las exigencias de la materia<br />
Antes de ingresar al primer tema de la materia, debo decirles que utilizaremos<br />
varias clases de pensamiento<br />
En primer lugar, claro está, el pensamiento lógico<br />
También nos familiarizaremos con lo que es el Pensamiento Lateral… el<br />
que fue propuesto por Edward Bono<br />
Tendremos después el pensamiento emocional, luego el pensamiento<br />
complejo y, finalmente, el metafórico<br />
Por supuesto que utilizaremos cada uno de ellos indistintamente<br />
6
Pero cuando nos ocupemos, específicamente de conocer las características<br />
de cada uno de ellos, lo analizaremos con mayor detalle<br />
El Pensamiento Lateral<br />
Toma como punto de partida, planteamientos intencionalmente erróneos<br />
Surgen de una especie de automatismo síquico que postularon los creadores<br />
del Surrealismo, tales como Breton y Octavio Paz en la literatura<br />
Salvador Dalí en la pintura<br />
Este proceso es contrario al pensamiento lógico<br />
En el pensamiento lateral se emite propuestas que, en principio, nada tiene<br />
en común con el problema que se estudia<br />
El pensamiento lógico sólo busca lo que está relacionado con el problema<br />
Claro debe quedar que el pensamiento lateral no pretende sustituir al pensamiento<br />
lógico, ambos son necesarios en sus respectivos ámbitos<br />
También se complementan<br />
Empezaremos con el primer ejercicio de pensamiento lateral, que es un<br />
proceso en busca de una solución de enigmas<br />
Supongamos que la Policía recibe una carta anónima cuyo texto dice:<br />
Vendrá al gigante maldito y empezará a comer; mientras más coma, más<br />
hambre tendrá y mientras más hambre tenga, devorará más y más hasta<br />
dejar un extenso y sombrío erial<br />
¿Cómo podríamos interpretar la intención de la carta?<br />
-creo que todos estamos de acuerdo de que entraña una amenaza, aunque<br />
no se sabe de qué tipo<br />
-un análisis del contenido nos muestra una especie de gigante que sería<br />
el causante de una tragedia, por su insaciable apetito<br />
7
Así es; ahora bien, nos preguntemos si el gigante que devora más y más:<br />
¿es un ser real? ¿existe como tal?<br />
-con toda seguridad es un ser imaginario que representa algo que es<br />
diferente de un gigante<br />
-podemos imaginar algo que represente al gigante y que es potencialmente<br />
peligroso<br />
¡Excelente! Esto marcha<br />
-con toda claridad vemos que el gigante es una metáfora para designar<br />
algo real, pero que nada tiene que ver con el gigante en cuestión<br />
-así es; como sabemos, una metáfora es una figura literaria que consiste<br />
en trasladar las características de un objeto a otro<br />
-de esta manera, cuando decimos de alguien tiene “una voluntad de<br />
acero”, estamos trasladando la dureza del acero con el objeto de expresar<br />
la firme voluntad de la persona a quien nos referimos<br />
-este último nada tiene que ver con el primero a pesar de que se le ha<br />
asignado las cualidades de ese primero…<br />
-por lo tanto, imaginemos algo que no es un gigante, pero que come con<br />
el fin ulterior de comer más<br />
-esto nos permite deducir que la cualidad de comer más y más es una<br />
cualidad metaformoseada en alguien o algo que puede hacer daño, dado<br />
el contexto del contenido de la carta<br />
Ustedes ya han identificado el carácter metafórico de la carta, ahora deben<br />
establecer imaginar qué es ese “algo”, usando el pensamiento lateral<br />
-una avalancha de gente con hambre atrasada que invade las tiendas de<br />
comestibles para saquearlas y no dejar nada<br />
-una plaga de langostas que devorará todo<br />
-manifestaciones de protesta con muchedumbres cuyo número aumenta<br />
a medida que devoran las calles, causando destrozos<br />
-una invasión de alienígenas que arrasan con todo<br />
-una invasión de ratas hambrientas<br />
-una manifestación de mujeres enojadas porque sus maridos son flojos<br />
-una aparición espontánea de hongos radioactivos<br />
-una inundación<br />
8
Podría ser, pero la carta dice que “el gigante dejará un erial”<br />
-entonces es fuego que avanza y devora más, mientras más avanza<br />
-es la amenaza de un gran incendio<br />
Un incendio; eso es; pero ¿cómo puede dejar un erial?<br />
-un incendio en un gran parque en el cual el fuego reduce a cenizas todos<br />
los árboles<br />
-¿cuál sería el lugar más probable que escogería un terrorista para iniciar<br />
un incendio, dado que nos encontramos en San Francisco, California?<br />
-uno de los lugares más probables sería Muir Woods, que es el parque<br />
más conocido del norte de San Francisco; fue declarado Monumento Nacional<br />
en el año 1908<br />
-si el terrorista quiere llamar la atención, sin duda escogerá ese lugar<br />
para iniciar un gran incendio<br />
Estimados alumnos: han resuelto el contenido<br />
de la amenaza metafórica implícita en<br />
la carta, para lo cual han usado el pensamiento<br />
lógico y el pensamiento lateral<br />
Con ambos tipos de pensamiento, llegaron a una deducción correcta sobre<br />
la base de las alternativas propuestas<br />
Algunas de esas alternativas fueron absurdas, propias del pensamiento<br />
lateral, aunque no debemos olvidar que la deducción final es lógica<br />
Si seguimos así, puede que el alcalde nos contratará como consultores de<br />
la policía… esas clases de pensamiento son los que necesitaremos para<br />
tratar de entender el lenguaje de la naturaleza en el macro y el microcosmos;<br />
entremos en materia<br />
El primer tema es enterarnos de que el átomo es anárquico, tal vez lo más<br />
anárquico que cualquier otro<br />
9
Observen las imágenes que el<br />
Data Show proyecta en la pantalla:<br />
varias pelotas de baseball<br />
han sido lanzadas; atravesaron<br />
las dos rendijas paraleles y luego<br />
rebotaron en una pared azul<br />
detrás de las rendijas; dejaron<br />
allí las marcas de la pintura que cada bola tenía y la constancia de que, sí,<br />
pasaron a través de las rendijas<br />
-señor secretario general de la Gente Bien ¿Qué tiene de particular que<br />
las pelotas de baseball traspasen 2 rendijas?<br />
-gracias por el título; se comportan como dos partículas, de las cuales<br />
hablaremos muy a menudo; ahora veamos lo que sucede cuando el científico<br />
en vez de pelotas, lanza electrones en su laboratorio<br />
-¿los lanza como las pelotas de baseball?<br />
-no exactamente, pero el electrón se duplica por sí mismo, esto es, en<br />
vez de uno aparecen dos<br />
De esta manera, el electrón original, ahora dividido<br />
en dos, pasa por las dos rendijas al mismo tiempo<br />
Uno de los alumnos comenta:<br />
-¡Eso es imposible!, va en contra de toda la racionalidad del hombre; es un<br />
truco obsceno<br />
De inmediato, otro le contesta:<br />
-honorable gente bien; a la naturaleza le importa un cacahuete que sus actos<br />
estén o no en consonancia con la razón del ser humano, al que conside-<br />
10
a el virus más letal que jamás haya creado y al que muy pronto hará desaparecer<br />
-¿de cómo saben los electrones que los están viendo?<br />
-ése es uno de los grandes misterios de la naturaleza, ¿verdad, profe?<br />
-sí; es uno de los misterios que la física aún no puede resolver,<br />
aunque los experimentos al respecto progresan; pero<br />
hay algo mucho más extraño: pues esos electrones se comportan<br />
como ondas y como partículas al mismo tiempo<br />
-¿qué es una onda y qué una partícula?<br />
Partícula y Onda<br />
Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa<br />
Una onda se extiende en el espacio, pero no tiene masa<br />
La partícula sería como la pelota de baseball y la onda, como una marea en<br />
la playa, pero sin masa<br />
Cuando los científicos “miran” el experimento, los electrones se comportan<br />
como las bolas de baseball, es decir, se comportan como partículas<br />
Pero cuando dejan de mirar, los electrones se comportan como ondas<br />
-¿cómo saben los científicos que cuando no miran, los electrones dejan de<br />
comportarse como partículas y empiezan a ser ondas?<br />
Lo saben por las marcas que, en cada caso, dejan en la superficie detrás de<br />
las rendijas<br />
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-¿por qué las bolas de baseball no se comportan como<br />
partículas y como ondas?<br />
-los científicos han detectado que sólo las partículas elementales,<br />
las más pequeñas de la materia, tienen la característica<br />
de ser partícula y onda al mismo tiempo<br />
-¿sería el electrón la partícula elemental más pequeña?<br />
-no; hay elementos subatómicos que son muchísimo más pequeños que<br />
los electrones, cuyas propiedades aún no son del todo conocidas<br />
El comportamiento de las partículas elementales y<br />
subatómicas parece muy raro<br />
Newton y la Física Clásica<br />
-¿por qué Newton es tan famoso?<br />
Porque fue el primero en establecer leyes en el universo, varias de las cuales<br />
siguen vigentes hoy, especialmente en el mundo macroscópico<br />
Además, hizo que el lenguaje del Universo se expresara por medio de<br />
ecuaciones matemáticas<br />
-¿qué clase de matemáticas?<br />
Al mismo tiempo que Leibniz, inventó el Cálculo Diferencial que ustedes<br />
conocen muy bien; también se usa la topología y otras más complicadas<br />
¿Se aplica la mecánica de Newton al mundo atómico y<br />
subatómico?<br />
No; la Mecánica Cuántica es la que tiene por objeto el estudio<br />
del mundo subatómico; de ese mundo hablaremos<br />
en este curso…<br />
12
Pero las ecuaciones del movimiento de Newton constituyen la base de la<br />
mecánica clásica aún utilizada hoy<br />
Las representó como leyes fijas que gobiernan el movimiento de los cuerpos<br />
materiales y de todos los cambios observados en el mundo físico<br />
-¿y eso no era cierto?<br />
En parte, no; una centuria después se descubrió una nueva realidad física<br />
Los nuevos hallazgos determinaron que ninguna de características propuestas<br />
hasta entonces tenía validez absoluta<br />
De esta manera prepararon el camino para las revoluciones científicas de<br />
las que hablaremos ahora<br />
-¿quiénes fueron los primeros en probar que las leyes de Newton no son<br />
absolutas ni aplicables a todo lo que existe?<br />
El primero de estos avances fue el descubrimiento los fenómenos eléctricos<br />
y magnéticos que no podían ser descritos por la física de Newton<br />
Fenómenos fueron descubiertos por Michael Faraday y Clerk Maxwell<br />
Faraday produjo una corriente eléctrica en una bobina de cobre moviendo<br />
un imán cerca de ella<br />
-¿por qué fue muy importante?<br />
Convirtió el trabajo mecánico de mover un imán en energía eléctrica<br />
Con ese experimento se reemplazó el concepto de “fuerza” por el de campo<br />
de fuerza, cuya importancia abordaremos dentro de poco<br />
-¿y cuando aparece Einstein en este laberinto?<br />
Albert Einstein<br />
Su Teoría Especial fue publicada en 1905<br />
13
P<br />
En ella propuso dos tendencias renovadoras de pensamiento<br />
Esas dos propuestas fueron: la teoría especial de la relatividad, y una nueva<br />
forma de considerar la radiación electromagnética<br />
Esa teoría se convirtió en la teoría cuántica, que es la teoría de los fenómenos<br />
atómicos, consolidada 20 años después, por un equipo de físicos<br />
Dijo que el espacio no está separado del tiempo; más bien que ambos forman<br />
una continuidad inseparable<br />
Así, el espacio-tiempo se considera ahora como cuatridimensional, es decir,<br />
de cuatro dimensiones, no tridimensional, como se creía antes de él<br />
Quedó establecido que la masa no es más que una forma de energía<br />
Que la relación existente entre energía y masa viene dada por la ecuación<br />
2<br />
que se hizo tan famosa: E = mcP (que es la única ecuación que citaremos)<br />
E = energía;<br />
m = masa<br />
c = la velocidad de la luz que es 300000 km. por segundo<br />
Intuitivamente nos damos cuenta de que una cantidad pequeña de masa<br />
basta para generar inmensos tornados de energía<br />
Ese principio, aplicado a la energía nuclear, dio como resultado la primera<br />
bomba atómica…<br />
14
Por otra parte, intuimos también la gran cantidad de energía que debe participar<br />
en el proceso de convertirse en masa<br />
-¿puede la energía pura convertirse en masa?<br />
Así es; la fórmula y los experimentos lo dicen; también lo percibiremos<br />
mejor cuando ingresemos a las interacciones de las partículas subatómicas<br />
-profe; ya podemos imaginarnos la cantidad de energía que “Melón<br />
Hinchado” produciría con la gran masa que tiene<br />
“Melón hinchado” iba a contestar, pero el profe le hizo una señal para que<br />
se calmara y empezó una mini disertación, señalando:<br />
Nunca olvidemos que el sentido del humor es una característica de las personas<br />
inteligentes… ¿se imaginan ustedes a Stalin con sentido del humor?...<br />
les citaré una anécdota de Winston Churchill, Premio Nobel de literatura,<br />
como prueba de que los grandes hombres tienen sentido del humor<br />
Churchill tenía un rival político, Lloyd George; en una ocasión, la Cámara de<br />
los Comunes intentaba diseñar el texto de un proyecto de ley<br />
La discusión se entreveró cuando debía escogerse una palabra o frase para<br />
el cuerpo de la ley: algunos proponían el término “desgracia”<br />
Otros decían que bastaba con el vocablo “contratiempo”<br />
De inmediato se pusieron a discutir sobre el significado de ambas palabras;<br />
en ese instante, Churchill pidió la palabra:<br />
Estimados colegas, más que una definición formal del diccionario, voy a dar<br />
un ejemplo para hacer patente la diferencia entre ambas palabras<br />
Si Lloyd George se cayera al Támesis, ése sería un contratiempo<br />
Si alguien lo sacara, ésa sería una desgracia<br />
La risa fue general… pero el profe siguió:<br />
15
Las bromas se hacen entre personas que se consideran pares; es muy difícil<br />
que un subordinado le haga una broma a su jefe<br />
Es más difícil aún que el jefe le juegue una broma a uno de sus empleados,<br />
si es que no existe la confianza necesaria entre ellos<br />
Hacer una broma es un mensaje que parte del que la hace al que la recibe,<br />
el mensaje implícito le dice:<br />
“te considero lo suficientemente amigo para hacerte una broma”<br />
Así, cuando alguien es objeto de una broma es posible que en algún otro<br />
momento, el que la recibió, sea el bromista<br />
“Melón Hinchado” le hizo un gesto al bromista, con el que anunciaba que<br />
le enviaría un mensaje de amistad en todo el significado de la palabra…<br />
-Buenos días, estimados alumnos<br />
-buenos días profe<br />
2<br />
La Extraña Curvatura<br />
Previo al comienzo de la clase, me gustaría contarles una anécdota que nos<br />
servirá para entender las dimensiones en las que nos encontraremos<br />
En un pequeño pueblo de un país lejano, había un joven de 17 años que trabajaba<br />
en una fábrica de ladrillos a jornada completa; pero no pasaba un día<br />
en el que no pensara que podría llegar a “ser alguien”… la idea de “ser alguien”<br />
se reforzaba cada vez más, al descubrir el amor que sentía por una<br />
chica de 15 años y que sostenía a su madre enferma y a ella misma oficiando<br />
de lavandera… a la que sin embargo, nunca se acercó… un día el tren trajo a<br />
algunos oficiales de las fuerzas armadas de su país, para anunciar que la coalición<br />
a la que pertenecía había declarado la guerra a otro conjunto de países…<br />
los oficiales tenían la tarea de reclutar soldados voluntarios para ir a la<br />
guerra; el joven se alistó de inmediato; a la hora de partir, se acercó a la jo-<br />
16
ven lavandera y le pidió que por favor lo acompañara hasta la estación; la<br />
joven accedió de muy buena gana, pues ella también se sentía inmensamente<br />
atraído por el ladrillero… una vez en la estación, hizo que ella se apoyara en<br />
la pared de la oficina del ferrocarril; allí le dijo:<br />
Quiero que sepas que me he alistado de voluntario para que en la guerra<br />
pueda destacarme y convertirme en alguien; si no muero en el intento y regrese<br />
en el mismo tren que ahora me lleva, lo primero que mis ojos verán<br />
será este lugar para constatar si estás o no; lucharé con toda mi voluntad y el<br />
máximo heroísmo que mis fuerzas me permitan; llevaré a cabo las más peligrosas<br />
misiones; no importa cuántas veces me hieran, mientras pueda pulsar<br />
un fusil, seguiré en la tarea… si vuelvo de la guerra y te veo en este mismo<br />
lugar, sabré que me habrás esperado y te pediré que nos casemos; no lo hago<br />
ahora, lo haré cuando sea alguien… ella accedió con un movimiento de<br />
cabeza y el joven subió al tren que ya partía…<br />
El profe interrumpe el relato, los alumnos, ansiosos, le preguntan:<br />
-¿cómo termina el relato profe?<br />
Del mismo modo cómo terminan las respuestas de la naturaleza a las preguntas<br />
sobre la Física Moderna<br />
No sabremos la solución definitiva y tendremos que poner de nuestra parte<br />
toda nuestra imaginación y conocimiento para encontrar respuestas<br />
Respuestas a las preguntas que se hacen los grandes Físicos, tanto las que<br />
se hicieron ayer, como las que se hacen ahora y harán en el futuro<br />
-¡ése es un golpe bajo!<br />
17
Y recibiremos muchos todavía, dado en esta clase abordaremos uno de los<br />
asuntos más intrincados de la Física Moderna<br />
Me refiero a la propuesta de Einstein en sentido de que el Universo es curvo;<br />
sobre esa afirmación es que voy a plantearles la siguiente pregunta:<br />
¿Pueden visualizar, intuitivamente, a qué se debe ese fenómeno y cómo<br />
puede percibirse esa curvatura?<br />
En el proceso de visualización, el que tenga una propuesta, por más absurda<br />
que parezca, la presentará voz alta<br />
De esta manera iremos reuniendo un buen conjunto de postulados<br />
-para que el universo sea curvo, es preciso que sea limitado, que tenga<br />
fronteras que le den esa forma<br />
-si el universo es curvo, entonces cada estrella y planeta que lo componen<br />
deben ser curvos; por lo tanto, el sol y la Tierra son curvos<br />
-si el espacio-tiempo conforman una sola dimensión, entonces debemos<br />
pensar que el tiempo también es curvo, algo que sería muy extraño<br />
El profe interviene<br />
Para una mejor percepción, tomen en cuenta la Ley de la Gravedad, que<br />
ustedes aprendieron en la materia de Física Clásica<br />
Los alumnos empiezan a desplegar sus ideas<br />
-si un objeto pequeño está deambulando por el universo, forzosamente<br />
tiene que ingresar al campo de acción de un objeto más grande<br />
-el objeto pequeño tiene su recorrido, pero la ley de la gravedad lo<br />
atrae hacia la masa del objeto grande, lo que obliga a que cambie su trayectoria<br />
y “curvarse” en la dirección del campo gravitacional de la masa<br />
grande<br />
El Profe les dice que son unos capos y que dentro de poco seguramente estarán<br />
ocupando su lugar en la clase…<br />
18
Comparemos los resultados con la opinión del propio Einstein (El data<br />
show proyecta las imágenes en la pantalla blanca)<br />
En 1915 Einstein 16Tdeclaró16T 16Tque la gravedad hace que el espacio-tiempo sea<br />
curvo o doblado16T 16Talrededor de una masa16T, que puede ser 16Tuna estrella<br />
16TEinstein16T 16Texplica que la gravedad16T 16Tera algo más que16T<br />
16Tuna fuerza16T<br />
La gravedad es 16Tuna curvatura16T 16Ten el16T 16Tcontinuo espacio-tiempo; una estrella16T 16To<br />
un planeta16T 16Tcausan16T 16Tuna especie de16T 16T“hondonada”16T 16Ten el espacio-16Ttiempo<br />
Así,16T que cualquier16T 16Tobjeto que16T 16Tse acerca demasiado16T 16Tcae en esa hondonada<br />
-¿la luz también se curva?<br />
L16Ta luz está conformada por fotones y sabemos que los fotones no tienen<br />
masa, son energía pura<br />
16TEsa es la razón16T por la que la luz no se curva en el tiempo-espacio, como lo<br />
hacen los elementos que tienen masa<br />
La Luz<br />
16THagamos una analogía con un automóvil que viaja de noche con las luces<br />
prendidas, en la figura inferior izquierda; la luz de<br />
los faroles siempre apunta en línea recta, pero en el<br />
momento en que el automóvil encuentra una curva,<br />
el automóvil gira en el sentido de la curva; la luz sigue<br />
alumbrando en línea recta, pero se ha desviado<br />
19
junto con el automóvil, debido a que encontró una curva en el camino, tal<br />
como la encuentra en la curvatura en el universo, sólo que sin automóvil<br />
Veamos ahora la figura de la derecha; en su parte<br />
superior, aparecen dos puntos blancos, que<br />
dan la impresión de representar dos estrellas<br />
En primera instancia ubicamos la estrella como si<br />
estuviera en el punto blanco de la izquierda; pero<br />
la estrella está realmente en el punto blanco<br />
de la derecha, eso se debe a que la luz de la estrella<br />
se hunde en la curva causada por el sol, de<br />
allí sale ante nosotros y es así cómo creemos que<br />
la vemos en línea recta; además, como dijimos, su luz tarda en llegar a nosotros.<br />
La Forma Convencional del Átomo<br />
-profe, ¿quién fue el que representó la estructura del átomo?<br />
Ernest Ruthford es el que nos legó la estructura de un átomo<br />
como un pequeño sistema planetario;<br />
descubrió que en lugar de ser las partículas duras y sólidas<br />
que se había creído desde la antigüedad, los átomos<br />
están compuestos de vastas regiones de espacio en el cual<br />
los electrones se mueven alrededor del núcleo, encadenados<br />
a él por medio de fuerzas eléctricas; las interacciones<br />
entre los átomos dan lugar a las combinaciones, por ejemplo, en la figura<br />
de la derecha, la interacción de dos átomos de hidrógeno y uno de<br />
oxígeno, conforman una molécula de agua; lo dijimos ya, las unidades<br />
subatómicas, aparecen a veces como partículas y otras veces como ondas,<br />
en una naturaleza dual… estos descubrimientos llevaron a la formulación<br />
de la teoría cuántica…<br />
En la figura siguiente vemos un punto y una onda que se expande<br />
Por el momento, nos quedemos con la imagen de que el punto a la izquierda<br />
muestra una unidad subatómica como corpúsculo<br />
20
A la derecha, lo muestran como onda, ambas formas ocurren al mismo<br />
tiempo, traten de concebir como es esa dualidad partícula-onda<br />
Los Cuantos<br />
En 1900 Max Planck declaró que la energía es generada y absorbida<br />
de manera discontinua… todo ocurre como si, después<br />
de haber emitido un haz de ondas, el átomo se detuviera antes<br />
de enviar otro; cada intercambio energético posee una estructura<br />
discontinua, variando a saltos, escalonadamente<br />
-¿eso es importante?<br />
La idea de Planck habría quedado como hipótesis si Einstein no la hubiera<br />
usado mostrar que la luz se comportaba como conjuntos de partículas<br />
Al mismo tiempo como ondas; fue él quien denominó “cuantos” a estas<br />
pulsaciones discretas, como un aspecto fundamental de la naturaleza<br />
Toda la materia subatómica participa de ambos estados, simultáneamente<br />
Los "cuantos" de luz, que dieron su nombre a la teoría cuántica, han sido<br />
aceptados desde entonces como auténticas partículas<br />
Hoy se los conocer como “fotones”, partículas sin masa, sólo energía<br />
Además, se descubrió que el número de electrones en los átomos de un<br />
elemento, determina las propiedades químicas del mismo<br />
-¿quiere decir que de ahí surge la tabla periódica de los elementos?<br />
Sí; la Tabla Periódica de los elementos toma como punto de referencia al<br />
hidrógeno porque es el átomo más ligero<br />
21
Está compuesto por un protón, un neutrón y un electrón; la Tabla Periódica<br />
registra cada elemento en una escala ascendente<br />
A medida que los protones, neutrones y electrones<br />
se van alejando más y más con relación<br />
al hidrógeno<br />
La teoría cuántica ha revelado que a medida que penetramos en la materia,<br />
la naturaleza no nos muestra ningún "ladrillo básico" aislado, sino que aparece<br />
como una complicada telaraña de relaciones existentes entre las diversas<br />
partes del conjunto<br />
Por otra parte, las observaciones han puesto en evidencia que las partículas<br />
subatómicas no tienen ningún significado como entidades aisladas<br />
Sólo pueden entenderse como interconexiones<br />
-entonces no se pude saber que hacen las partículas subatómicas en su<br />
tarea de estructurar el átomo<br />
Los sucesos atómicos muestran "tendencias a ocurrir algo"<br />
Estas tendencias se expresan como probabilidades y están relacionadas<br />
con ecuaciones matemáticas<br />
Nunca se puede predecir un suceso atómico con certeza;<br />
sólo que es probable que ocurra<br />
Por ejemplo, en el modelo real de la siguiente figura,<br />
los electrones no se encuentran allí donde creemos<br />
que los vemos<br />
Pero los físicos teóricos pueden establecer una probabilidad de que estén<br />
ahí, de acuerdo con las ecuaciones matemáticas<br />
22
Ya lo dijo Galileo: sólo las matemáticas<br />
conocen y describen el Universo<br />
Estas relaciones, dicen los sabios,<br />
siempre incluyen al observador<br />
Las propiedades del mundo atómico pueden ser comprendidas sólo en<br />
términos de la interacción entre el objeto observado y el observador<br />
-¿querría decir que la participación del observador modifica el comportamiento<br />
de las partículas atómicas, cuando las “ubica” en un experimento?<br />
Exactamente; acudiremos a un trío de versos para mostrar esa relación:<br />
Antonio Machado, uno de los grandes poetas españoles dice:<br />
El ojo que ves no es ojo<br />
porque lo veas<br />
es ojo porque te ve<br />
Por mi parte, y con el permiso previo de la memoria de Machado, para el<br />
asunto que nos ocupa ahora cambio algo de los versos originales:<br />
El ojo que ves, no es ojo<br />
porque lo veas<br />
Es ojo porque lo ves y porque te ve<br />
Con esta pequeña modificación de los versos de Machado, tengo la intención<br />
de establecer la relación entre el objeto observado y el observador<br />
La separación cartesiana entre “yo y el mundo”, entre el observador y lo<br />
observado, no se realiza cuando se trata con la materia atómica.<br />
El Átomo<br />
El diámetro de un átomo es la cienmillonésima parte de un centímetro<br />
23
Con el fin de visualizar ese tamaño, imaginemos una naranja que crece<br />
hasta alcanzar el tamaño de la Tierra<br />
Los átomos tendrían entonces el tamaño de las cerezas<br />
Para que el núcleo pueda ser visto, el átomo, que ya<br />
tiene el tamaño de una cereza, tendría que crecer<br />
aún más, hasta el tamaño de la cúpula de la catedral<br />
de San Pedro<br />
El núcleo vendría a ser como un grano de sal, y los<br />
electrones, motas de polvo, girando a su alrededor,<br />
dentro del mismo espacio de la cúpula<br />
Ruthford dijo que había un gran vacío en el átomo por las enormes distancias<br />
relativas entre el núcleo y el electrón<br />
Otro gran físico, Max von Laue preguntó:<br />
Pero si todos los objetos que nos rodean, y nosotros mismos, estamos en<br />
nuestra mayor parte formados por espacio vacío ¿Qué es lo que da a la<br />
materia su solidez?<br />
El electrón<br />
El electrón fue descubierto en el año 1897<br />
Joseph John Thomson determina que los rayos catódicos, observados en<br />
tubos vacíos bajo alto voltaje, son “cuerpos negativamente cargados”<br />
Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de<br />
vacío, hechos de cristal, como en los aparatos antiguos de TV<br />
Se equipan por lo menos con dos electrodos, un electrodo positivo, llamado<br />
ánodo y un electrodo negativo llamado cátodo<br />
Ahora se sabe que los rayos catódicos están formados por los portadores<br />
reales de la electricidad, a los que ahora conocemos como electrones<br />
24
Ernest Rutherford<br />
Max von Laue<br />
Joseph John Thomson<br />
El Electrodo<br />
Un electrodo en una celda electroquímica que implica la existencia de<br />
ánodos y cátodos; cada uno con características interactuantes<br />
Cada electrodo puede convertirse en ánodo o cátodo dependiendo del<br />
voltaje que se aplique a la celda<br />
Los Cuantos<br />
Dijimos que Max Planck, en 1900, propone el quantum de energía<br />
Para explicar el calor de la materia incandescente, asumió que la emisión y<br />
absorción de radiación ocurre en cantidades discretas de energía<br />
En ese momento se inicia de la teoría cuántica de la materia y la luz, que,<br />
junto a la Teoría de la Relatividad, será el objeto de nuestros estudios<br />
En el tiempo que aún nos queda en la presente clase, me gustaría establecer<br />
algunas percepciones<br />
Sabido es que el cerebro tiene dos hemisferios y que el izquierdo preferentemente<br />
controla la comprensión y expresión desde la lógica<br />
Las matemáticas, la lógica, las ciencias naturales, entre ellas la materia que<br />
desarrollamos en este curso, requieren del hemisferio izquierdo<br />
Participan de una manera expresiva en la que lo importante es el significado<br />
de cada palabra, no la estética, lo que nos parece muy adecuado<br />
25
Sin embargo, de vez en cuando dejemos que el hemisferio derecho despliegue<br />
sus propiedades y nos solacemos con la belleza de la palaba<br />
El hemisferio derecho es el que controla la creatividad, el gusto por las<br />
artes, por el poema, la música…<br />
Es cuando acudimos al pensamiento metafórico<br />
Cuando leemos algo cuyo contenido es adecuado bajo una forma expresiva<br />
con estética, nos damos cuenta de que la palabra es bella, no sólo útil<br />
Al respecto, voy a contarles otra pequeña anécdota<br />
Un grupo de amigos, reunidos en una cafetería, comentaban sobre el progresivo<br />
deterioro de nuestro idioma a través del siguiente diálogo<br />
-la mayor parte de la gente ha perdido el placer de hablar; lo único que<br />
desea es usar la palabra como un simple medio de información sobre algo<br />
-el arte de conversar ha sido diluido en el acto de comunicar sensaciones,<br />
en intercambios insípidos de palabras desmanteladas y solitarias de<br />
calor humano<br />
-más nos valdría tener una pinza en los labios que advocar el privilegio<br />
de expresarnos en palabras que estructuren un pensamiento ordenado<br />
-lejos quedan los tiempos en que Esopo explicaba que la lengua era lo<br />
mejor y lo peor que tenía el ser humano<br />
-cuando su patrón le mandó al mercado para que comprara “lo mejor<br />
que había allí” Esopo trajo grandes cantidades de lengua<br />
-el primer plato fue cocinado usando como ingrediente principal, la lengua;<br />
lo mismo sucedió con el segundo, el tercero… de los platos<br />
-el patrón de Esopo no pudo aguantar más y lo increpó duramente delante<br />
de los invitados que miraban extrañados la escena; Esopo responde:<br />
¿No me pediste que trajera del mercado lo mejor que pudiera encontrar?<br />
Pues tus deseos han sido cumplidos; ¿acaso no usamos la lengua para dar<br />
buenas noticias a nuestros conocidos? ¿No la utilizamos para ofrecerles<br />
26
prueba de lealtad y de cariño? ¿No damos consuelo a los desconsolados;<br />
esperanza a quienes la han perdido y muestras de bondad que pone de luto<br />
al mismo diablo? La lengua es el símbolo de lo mejor que existe en el<br />
mercado<br />
-todos los comensales estuvieron de acuerdo con las reflexiones de<br />
Esopo; pero el patrón tuvo una idea, le pidió que para el día siguiente prepara<br />
los platos con lo peor que encontrara en el mercado<br />
-al día siguiente el menú fue el mismo que el anterior; el patrón de Esopo<br />
perdió la compostura y lo amonestó con palabras muy duras<br />
-Esopo respondió de inmediato:<br />
Me pediste que cocinara con lo peor que pudiera encontrar en el mercado<br />
y así lo hice; ¿no es acaso con la lengua que mentimos y deformamos la<br />
verdad? ¿No es el arma terrible que usamos para urdir la calumnia? ¿No la<br />
usamos para pincelar la ofensa más grave contra alguna víctima?... la lengua,<br />
señor, es lo mejor y lo peor que podemos encontrar en el mercado<br />
Fue entonces que los amigos decidieron crear una institución que reivindicara<br />
el poder y la belleza de la expresión verbal: el Club de la Palabra.<br />
A partir de entonces, cada miembro del club tuvo algo que decir<br />
¿Les parece bien que en cada clase traiga también un retazo de la palabra<br />
que nos brinda placer estético y no sólo información?<br />
-sí, pero también los enigmas del pensamiento lateral<br />
-es una gran cosa que el pensamiento lateral les haya caído bien, pues<br />
nos ayudará a comprender mejor las respuestas, a veces absurdas, que<br />
tiene la naturaleza cuando los físicos les hacen preguntas<br />
En la clase siguiente, el profesor empezó con algunos ejemplos de pensamiento<br />
lateral, aclarando que los copió de Internet<br />
El caso del Edificio de veinte pisos<br />
Un niño cae de un edificio de 20 pisos, que está rodeado de un frondoso<br />
jardín, pero no sufre daños considerables, ¿por qué?<br />
27
-cae en una piscina<br />
-cae encima de una pila de colchones de espuma<br />
-tiene un paracaídas<br />
-sabe planear<br />
-un remolino de aire suaviza significativamente el impacto<br />
-un vaquero de Texas, que se encuentra en un helicóptero que pasa por<br />
el lugar, lo enlaza y lo deposita suavemente sobre el suelo<br />
-Superman lo detiene como a Louise en la película<br />
-un hombre, con un gran poder mental, hace uso de sus poderes y logra<br />
que la caída sea en cámara lenta<br />
-una avispa gigante lo recibe en su espalda y la deposita después sobre<br />
el suelo<br />
Tal vez estemos percibiendo el hecho desde un solo ángulo; es posible<br />
que encontremos otro ángulo perceptivo<br />
-por ejemplo, que el edificio sea de juguete<br />
-que sea una maqueta a escala<br />
-también podemos estar asumiendo, falsamente, que el niño cayó del piso<br />
20, pues el planteamiento sólo dice que el niño cayó de un edificio de 20<br />
pisos, pero que no lo hizo necesariamente del piso número 20<br />
-si los daños que sufrió son leves, es posible afirmar que cayó del primer<br />
piso del edificio, encima de una parcela de césped húmedo<br />
Muy bien estimados alumnos; han hecho uso del pensamiento lateral para<br />
llegar a la conclusión lógica del resultado; creo que dentro de poco yo me<br />
sentaré a escuchar la clase impartida por cualquiera de ustedes<br />
-¡vamos profe! no se burle de nosotros; además hay otras alternativas a<br />
tomar en cuenta; por ejemplo, si “Melón Hinchado”, hubiera caído del piso<br />
20, habría rebotado varias veces sin consecuencias graves<br />
La mirada de Melón Hinchado puso fin a todo intento de continuar con el<br />
ejemplo<br />
28
3<br />
CONCEPTOS BÁSICOS<br />
En esta clase resumiremos algunos conceptos que serán explicados en<br />
mayor detalle en los capítulos correspondientes<br />
Pregunten sobre temas que tengan que ver con la física<br />
¿Qué es la gravitación universal?<br />
La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan<br />
los cuerpos en el macrocosmos, por el hecho de tener<br />
volúmenes enormes de masa<br />
Esta fuerza fue identificada por Isaac Newton en el siglo XVII, a la par que<br />
desarrolló las matemáticas para mostrar la vigencia de la Ley<br />
Newton resolvió aspectos relativos a la luz y a la óptica; formuló las leyes<br />
del movimiento y dedujo, de ellas, la ley de la gravitación universal<br />
La Ley establece que la fuerza de atracción que experimentan dos cuerpos<br />
depende de dos condiciones:<br />
Primera: la magnitud de sus masas; mientras mayor el volumen de un cuerpo,<br />
mayor será la fuerza con que atraerá a otros cuerpos de menor masa<br />
Segunda: la fuerza gravitacional se reduce cuando la distancia entre ambos<br />
objetos estelares aumenta<br />
¿Qué es velocidad y qué es aceleración?<br />
29
Cuando dejamos caer un objeto en nuestro planeta, la velocidad con la que<br />
cae aumenta a medida que la altura es mayor<br />
Velocidad; mide el tiempo en que un cuerpo cambia su posición<br />
Aceleración: mide cómo varía la velocidad<br />
Las fuerzas gravitacionales<br />
Cuando un objeto estelar está en órbita con otro mayor, hay dos fuerzas<br />
que actúan al mismo tiempo sobre ese objeto<br />
Se denomina fuerza centrípeta la que emerge del objeto de mayor masa<br />
con relación al otro más ligero, para atraerlo<br />
Por su lado, el objeto en órbita tiende a liberarse de la fuerza centrípeta<br />
mediante la fuerza centrífuga<br />
Cuando esas dos fuerzas se equilibran, el objeto de menor masa rota en<br />
una órbita alrededor del objeto de mayor masa<br />
¿Cuál es el concepto básico de Ley de la Relatividad?<br />
El ejemplo más común para percibir el fundamento principal que sustenta<br />
la Ley de la Relatividad es el siguiente<br />
Un hombre está encima de un vagón de un tren, el que rueda a 50 k/hora;<br />
supongamos también que lanza un objeto que va a 20 k/hora<br />
Si el objeto ha sido arrojado a la misma dirección del tren, es decir, hacia<br />
adelante, habrá dos percepciones diferentes<br />
Para la persona que arrojó el objeto desde el tren en movimiento, el objeto<br />
habrá sido impulsado con una velocidad de 20 k/hora<br />
30
Para la persona que vio el fenómeno desde la estación, la velocidad del<br />
tren se suma a la velocidad del objeto arrojado<br />
De esta manera, para el observador, el objeto se moverá a 70 k/hora<br />
Einstein afirmó que no se puede hablar de la velocidad del objeto aislado;<br />
lo que cuenta es su velocidad con respecto a un observador particular<br />
Cualquier teoría del movimiento que tome en cuenta al observador estará<br />
dentro del concepto de relatividad<br />
Pero, Albert Einstein demostró que, si la velocidad de todos los cuerpos es<br />
relativa, la velocidad de la luz es absoluta; nunca cambia<br />
¿Cuáles son las Fuerzas Fundamentales del Universo?<br />
Son aquellas cuya explicación no se basa en la existencia de<br />
otras fuerzas básicas<br />
En apariencia, son fuerzas independientes<br />
Cuatro son las fuerzas fundamentales del universo: la fuerza<br />
de la gravedad, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil<br />
La fuerza gravitatoria<br />
Es la fuerza de atracción que un objeto de masa mayor ejerce sobre otro,<br />
de masa menor y afecta a todos los cuerpos<br />
La fuerza electromagnética<br />
Es la que irradian los cuerpos cargados con electricidad y magnetismo;<br />
tiene dos sentidos, positivo y negativo; su rango de alcance es muy amplio<br />
La fuerza nuclear fuerte<br />
Es la que mantiene unidos las partículas de los núcleos atómicos; actúa indistintamente<br />
entre dos nucleones: protones o neutrones<br />
Su rango se limita a las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la<br />
fuerza electromagnética<br />
31
La fuerza o interacción nuclear débil<br />
Es la responsable de fenómenos naturales como la desintegración radiactiva<br />
y de la radioactividad<br />
Los científicos intentan demostrar que estas fuerzas, aparentemente diferentes,<br />
son manifestaciones de un modo único de interacción<br />
¿Cuál es la paradoja de Schrödinger?<br />
La propuso Erwin Schrödinger en 1935; es un experimento<br />
virtual que muestra lo desconcertante que es el mundo de<br />
las partículas<br />
Visualicemos un gato dentro de una caja negra<br />
En su interior se instala un mecanismo que une un detector de electrones a<br />
un martillo; debajo del martillo hay un frasco con una dosis letal de veneno<br />
Cuando el electrón es lanzado pueden suceder dos cosas<br />
Primero, que el detector capte el electrón y active el mecanismo<br />
En ese caso, el martillo cae, rompe el frasco y el veneno se expande por el<br />
interior de la caja; el gato lo inhala y muere<br />
Al abrir la caja, se encontrará al gato muerto<br />
¡Pobre gatito!<br />
Pero el electrón puede tomar otro camino y el detector<br />
no captarlo, con lo que el mecanismo no se<br />
activará, el frasco no se romperá y el gato vivirá<br />
Esta paradoja se debe a una característica del electrón que vimos en el<br />
primer capítulo: el electrón es al mismo tiempo onda y partícula<br />
Cuando se lo lanza, es una partícula y una onda al mismo tiempo<br />
32
La paradoja estriba en que el electrón será detectado y el gato morirá; al<br />
mismo tiempo, el electrón no será detectado y el gato seguirá vivo<br />
A escala atómica, ambas probabilidades se cumplen de forma simultánea<br />
En el mundo cuántico, el gato acaba vivo y muerto a la vez; ambos estados<br />
son igual de reales; pero, al abrir la caja, lo vemos vivo o muerto<br />
Hay un 50% de probabilidades de que suceda una cosa o la otra; sin embargo,<br />
la cuántica desafía el sentido común de cualquier persona<br />
-si las probabilidades de que ocurran los dos fenómenos al mismo tiempo,<br />
¿por qué sólo vemos únicamente una?<br />
La explicación es que el experimento aplica las leyes cuánticas, pero el<br />
gato no es parte de un sistema cuántico<br />
Recordemos que la cuántica nos instruye sobre el hecho de que el observador<br />
contamina el experimento y define una realidad diferente<br />
¿Por qué vemos el cielo azul?<br />
Por los efectos conocidos como de Rayleigh Mie; vemos el cielo<br />
azul, algunos atardeceres rojos y también días grises<br />
Rayleigh y Mie se ocuparon de la dispersión de la luz<br />
La luz solar es una radiación electromagnética compuesta por distintas<br />
longitudes de onda, como veremos después<br />
Nuestro ojo capta sólo la parte de luz que corresponde a determinadas frecuencias<br />
de longitud de onda<br />
La luz blanca es la suma de todas las longitudes de onda que percibimos.<br />
Cada color es una longitud de onda; siguen el orden del arco iris: el color<br />
rojo tiene la longitud de onda más larga, y el violeta la más corta<br />
33
L<br />
A<br />
En el ejemplo anterior, vemos una onda; L es la distancia entre las cimas<br />
de la onda y se le da el nombre de la longitud de onda<br />
La letra A es la distancia vertical y representa la frecuencia<br />
En un capítulo siguiente nos referiremos a este aspecto con mayor detalle<br />
Por otro lado, la dispersión de la luz es su descomposición en colores<br />
Las longitudes de onda toman ángulos distintos y los colores se separan<br />
Cuando la luz solar entra en contacto con la atmósfera, se dispersa<br />
Nuestra atmósfera está formada por partículas pequeñas, y el grado de<br />
humedad favorece la mayor difusión de unos colores frente a otros<br />
Efecto Rayleigh<br />
La luz es una forma de radiación, es decir, de energía; al chocar con las<br />
partículas pequeñas de la atmósfera produce el efecto Rayleigh<br />
Parte de la energía de la colisión se transfiere a estas partículas, que vibran<br />
y difunden la luz en todas direcciones; por eso la luz llena el cielo<br />
Fuera de la atmósfera el cielo es oscuro, aunque llegue la luz del Sol y las<br />
ondas cortas son las que tienen mayor difusión<br />
Es decir, las violetas y azules<br />
Como la luz blanca contiene mayor cantidad de luz azul que violeta, predomina<br />
el azul; además, nuestro ojo es más receptivo al azul<br />
34
Vemos el Sol amarillo porque ya hemos restado el color azul a la blanca<br />
Y, cuando el sol está alto, el amarillo prevalece sobre el rojo porque su<br />
longitud de onda es más corta<br />
Dispersión de Mie<br />
Al atardecer el Sol está bajo; las ondas recorren un camino más largo a través<br />
de la atmósfera<br />
Así, los colores de longitud de onda corta se pierden y las de onda larga se<br />
hacen más visibles; por eso se difunden los colores rojizos<br />
Cuando la atmósfera está muy cargada y las nubes son espesas, el efecto<br />
Mie se acentúa y favorece los colores grises<br />
Es por eso que el efecto Mie domina la atmósfera de Marte<br />
El cielo de Marte no es azul sino de un plomizo rojo y amarillo<br />
¿Qué es lo que Newton hizo con un prisma y un agujero en<br />
una puerta?<br />
Antes que Newton, Descartes ya intentó descomponer la<br />
luz, pero sólo logró obtener los colores rojo y azul<br />
Newton empleó un par de prismas de vidrio para descomponer la luz, como<br />
una réplica del arco iris cuando llueve<br />
Los prismas reemplazan a las gotas de lluvia<br />
El experimente se realizó en cuarto totalmente oscuro; sólo a través de un<br />
agujero en la ventana entraba un rayo de luz solar<br />
Colocó el prisma de vidrio delante del rayo de luz, de modo que lo atravesara<br />
y reflejara la luz en la pared opuesta, a 7 metros de distancia<br />
En la pared aparecieron los colores del arco iris; el fenómeno podría deberse<br />
a una de dos posibilidades<br />
35
O bien el prisma daba color a la luz, o la<br />
luz era la mezcla de todos los colores y el<br />
prisma se limitaba a descomponerla<br />
Para comprobarlo, utilizó el segundo<br />
prisma y confirmó lo que había encontrado<br />
con el primero<br />
Comprobó que los colores del arco iris eran colores puros, mientras que la<br />
luz blanca resultaba como síntesis de todos ellos<br />
El prisma no añadía ninguna cualidad a la luz, sino que la descomponía<br />
Al proyectar los colores y juntarlos de nuevo, la luz volvía a ser blanca<br />
Newton logró descomponer la luz solar, pero siguió sin saber porqué<br />
Explicación y Pronóstico<br />
Los expertos en metodología de la ciencia discrepan, entre otras cosas,<br />
sobre la necesidad de que una ley explique y pronostique un fenómeno<br />
Sin embargo, hay leyes muy importantes que no cumplen con ambos requisitos<br />
simultáneamente y, no por ello, dejan de tener vigencia<br />
Tomemos la Ley de la Selección Natural de Darwin; la teoría explica perfectamente<br />
cómo “los mejores sobreviven” y los demás desaparecen<br />
Sin embargo, no puede pronosticar sobre lo que sucederá en el futuro:<br />
¿aparecerá otra especie? Si apareciera ¿cuáles serían sus características?<br />
Este es un caso de una ley que puede explicar, pero no pronosticar<br />
Ahora tomemos el caso inverso<br />
La Ley de la Gravitación de Newton no puede explicar por qué los cuerpos<br />
se atraen unos a los otros, pero puede pronosticar<br />
36
En efecto, puede decirnos que dos cuerpos se atraerán y estarán en equilibrio,<br />
dependiendo de sus masas y la distancia que los separa<br />
Los colores<br />
Volviendo al porqué de la descomposición de la luz, recordemos que en<br />
las épocas de Newton aún no se conocía la naturaleza ondulatoria de la luz<br />
Al presente sí se la conoce: los colores son ondas, y cada uno tiene una<br />
longitud de onda propia y diferente<br />
En la parte izquierda del siguiente diagrama tenemos una onda que corresponde<br />
al color violeta; en la derecha, a una que estructura el color rojo<br />
Las longitudes de onda (las distancias entre cimas) son más largas cuanto<br />
más se acercan al rojo, y más cortas cuando se tiende hacia el violeta<br />
Pero, la frecuencia de la luz violeta es mayor que la luz roja; esto es, la luz<br />
violeta tiene longitudes menores y frecuencias mayores<br />
En el experimento de Newton, cuando la luz blanca entra en el prisma, cada<br />
color toma un camino distinto y lo atraviesa a distinta velocidad<br />
Salen reflejados con distinto ángulo; es el mismo proceso que forma el arco<br />
iris; las gotas de agua actúan como el prisma<br />
La luz solar se refleja en la cara interna de las gotas de lluvia y se descompone<br />
en colores; aquí terminamos la clase<br />
En la siguiente clase, lo primero que los alumnos preguntaron, fue:<br />
-profe, ¿hay algún otro acertijo que exija el pensamiento lateral?<br />
-sí; aquí viene<br />
37
Deja una sola huella desde el comienzo hasta la llegada<br />
-el suspiro de una ballena<br />
-una guerra de meteoritos<br />
-la mordida de un cocodrilo<br />
-las aguas del pantano<br />
-tiene que ser algo continuo a través de una trayectoria<br />
-se supone que deja una huella desde el comienzo hasta la llegada<br />
-puede ser un río<br />
-pero vemos sólo el río, nunca la huella que deja<br />
-la luz del sol<br />
-un automóvil<br />
-pero deja cuatro huellas<br />
-¡una rueda! deja la misma huella desde que parte hasta que llega<br />
Lo hicieron otra vez<br />
-profe, falta el ejemplo de la palabra<br />
Las diferentes formas del español que hablamos en Latinoamérica derivan<br />
del castellano; hay un haz de lenguas que rumorean en sonidos parecidos:<br />
Español, francés, italiano, portugués y rumano; todas, conocidas como lenguas<br />
latinas, porque tienen el mismo origen<br />
El origen de nuestra lengua no es de gran alcurnia, es cierto, pero sí de siglos<br />
engarzados en la chispa feliz de los sones que forjan la palabra<br />
Nuestra lengua es un flujo de cadencias y de ritmos, ya de cristal, ya de cuarzo,<br />
con el que el alma entona las vivencias del día a día<br />
Los sonidos de nuestra lengua no nacieron con voluntad propia, pues el latín<br />
vulgar les adosó los eslabones acústicos primeros<br />
Pero supo convertirse en el núcleo vibrante, alrededor del cual empezaron a<br />
girar las ondas resonantes de otras lenguas<br />
38
La energía germana nos dejó los ruidos de sables y de lanzas; de yelmos y de<br />
escudos; de tambores que pulsan los aires con mensajes bravíos<br />
Los árabes, señores del conocimiento de la época, pincelan la “j” en nuestras<br />
expresiones de calibre único en las lenguas romances o latinas<br />
El español es la única lengua romance que conserva la “j” tal como la dejaron<br />
los árabes, a diferencia de las demás que gustan la inflexión más tierna<br />
Nuestra “j” es fuerte, viril y áspera; es el jade junto al junco; la jabalina que<br />
persigue al jabalí; la jácara que diseña la jaca; es el jergón y el jacarandá<br />
Las otras lenguas imitan la “j” francesa, dulce, cadencia de cadencias<br />
El español de Latinoamérica, al igual que el castellano, tiene la virtud de hacer<br />
de la palabra verbal el clon magnífico del vocablo escrito<br />
Cada una de las vocales a, e, i, o, u siempre mantienen su espectro audible;<br />
no hay combinaciones extrañas que cambien su refracción de armonía<br />
Inclusive, cuando el contexto lo requiere, aprovechamos sus giros espontáneos;<br />
v.g, en vez de diccionario: paralelepípedo lexicográfico del idioma<br />
Podemos ampliar la escala de nuestra lengua, de acuerdo con el entorno,<br />
pero no tenemos el derecho de caricaturizarlo como hacemos ahora<br />
No claudiquemos en la tarea de leer las obras de quienes han cincelado el<br />
Idioma, pero no lo hagamos con el objeto de imitar el lenguaje<br />
Más bien con la intención de saborear cada palabra en el momento en que la<br />
pronuncien, con el talento de un catador eximio de ritmos verbales<br />
Así, nos convirtamos en personas que conocen el delicado o el recio sabor de<br />
cada vocablo en el contexto que el vocablo mismo conforma.<br />
39
4<br />
OTROS CONCEPTOS<br />
En 1689, Newton quiso demostrar que el espacio “era algo” a lo que denominó<br />
"espacio absoluto"; lo explicaremos con un ejemplo de Internet<br />
Llenó un cubo de agua, lo ató a una cuerda y lo colgó de una barra fija; retorció<br />
la cuerda al máximo, y la soltó<br />
El cubo comenzó a girar, cada vez más rápido.<br />
Durante unos momentos (1) el agua sigue en reposo; gira con el cubo, pero<br />
no con respecto al cubo<br />
No tiene movimiento independiente y su superficie permanece plana.<br />
Luego el movimiento del cubo se transfiere al agua (2) que comienza a girar,<br />
forma un remolino y su superficie se vuelve cóncava. ¿Por qué?<br />
Porque la fuerza del giro empuja el agua contra las paredes del cubo, como<br />
cuando la montaña rusa toma una curva y sentimos el empuje hacia fuera<br />
Luego el cubo frena (3), pero el agua sigue cóncava y girando por unos<br />
instantes más; cuando el agua frena (4) su superficie vuelve a ser plana.<br />
El razonamiento de Newton fue el siguiente:<br />
El movimiento sólo existe con respecto a algo<br />
40
El agua no se mueve con respecto al cubo, dice Newton; sus tiempos no<br />
coinciden: cuando el cubo ya se mueve, el agua aún no<br />
Cando el cubo ya se ha parado, el agua sigue moviéndose<br />
Sabemos que se mueve porque su superficie cambia de forma, siente la<br />
fuerza del movimiento; entonces, ¿con respecto a qué se mueve?<br />
Para Newton, el agua se mueve con respecto al espacio absoluto<br />
Si el espacio no fuera nada, no habría referencia para el movimiento y, por<br />
tanto, no habría movimiento<br />
El espacio absoluto sería la referencia absoluta del movimiento; la prueba<br />
de que es "algo" en reposo absoluto.<br />
Todas las leyes del movimiento y la gravitación de Newton se basan en su<br />
idea de espacio absoluto<br />
Otros como Huygens, Leibniz, Mach y Einstein lo niegan<br />
Leibniz compara al espacio con el abecedario<br />
El abecedario sería el espacio y las letras la materia; sin letras, el abecedario<br />
no es nada, no existe<br />
El movimiento sería relativo y sólo existe en relación a la materia; si no hubiera<br />
materia en el espacio, tampoco existiría el movimiento<br />
¿Qué dice Einstein sobre el movimiento absoluto,<br />
profe?<br />
Einstein negó el movimiento y reposo absolutos; todo es relativo; unificó<br />
espacio y tiempo, el espacio ya no sería algo independiente ni inmóvil<br />
La velocidad de la luz es una constante en la Naturaleza, y también un límite<br />
hasta ahora infranqueable.<br />
41
Estas casualidades confirmaron a Einstein en su creencia de que todo en la<br />
Naturaleza está relacionado, y que existe una teoría del todo<br />
Tema que también abordaremos en otro capítulo<br />
¿Y qué es una Estrella?<br />
Una estrella es un enorme objeto de gas muy caliente y brillante; produce<br />
su luz y energía mediante un proceso llamado fusión nuclear<br />
La fusión sucede cuando los elementos más ligeros, por la interacción, se<br />
transforman e elementos más pesados; lo veremos en otro capítulo<br />
Cuando esto sucede, se crea una inmensa cantidad de energía, lo que causa,<br />
a su vez, que la estrella se caliente y brille<br />
A las estrellas se les encuentra en una variedad de tamaños y colores<br />
Nuestro Sol es una estrella amarillenta de tamaño promedio<br />
Las estrellas que son más pequeñas que nuestro Sol son rojizas y las que<br />
son más grandes que éste, son azules<br />
En uno de los últimos capítulos hablaremos de la fusión y de la fisión<br />
¿Qué es un planeta?<br />
Todo cuerpo celeste que gira alrededor de una estrella, no tiene<br />
luz propia y refleja la que recibe de la estrella<br />
La Tierra es un planeta, lo mismo ocurre con los otros planetas restantes de<br />
nuestro Sistema Solar<br />
Todos giran alrededor de una estrella en común, el sol, sin que se produzcan<br />
choques o invasiones orbitales<br />
42
¿Cuántos planetas tiene e 29TSistema Solar?<br />
Hasta no hace mucho, el número de los planetas era nueve<br />
Pero el 24 de agosto de 2006, la 8TUnión Astronómica Internacional8T<br />
decidiera clasificar a 29TPlutón29T como un 8Tplutoide<br />
Lo excluyó de la lista de 29Tplanetas del Sistema Solar; así el Sistema solar tiene<br />
8 planetas<br />
Satélite<br />
Un cuerpo que gira en torno a un planeta<br />
Quásar<br />
Es una fuente astronómica de energía electromagnética que incluye luz<br />
visible y puede liberar mucha energía<br />
Los físicos dicen que la energía que liberan sería más o menos igual a la de<br />
cientos de galaxias medianas<br />
La luz producida sería equivalente a la de un billón de soles<br />
Los quásares pueden ser vistos sólo por telescopios muy potentes, inclusive<br />
a una distancia de 2.440 millones de años luz<br />
Es uno de los objetos más lejanos que se pueden observar directamente<br />
Una Supernova es la muerte o 29Texplosión de una estrella29T cuya<br />
masa es, por lo menos, ocho veces mayor a la del Sol<br />
El proceso empieza cuando una de esas estrellas agota su combustible nuclear,<br />
por lo que carece de energía para soportar su masa<br />
Sus núcleos explotan hacia adentro y forman una 29Testrella de neutrones29T<br />
Si la masa es suficiente, podría convertirse en un 29Tagujero negro<br />
43
La explosión de una supernova es un fenómeno raro; se estima que que<br />
cada galaxia produce, en promedio, una supernova cada seis siglos<br />
¿Estrellas enanas?<br />
49THay dos clases de estrellas enanas<br />
49TLa enana blanca es lo que resta de lo que alguna vez fue una estrella<br />
de masa menor a nueve masas solares<br />
Emerge cuando la estrella de masa menor a 9 masas solares agota su combustible<br />
nuclear; y49Ta no produce energía y se apaga poco a poco<br />
49TLa enana roja es una estrella de masa menor, sus procesos de generación<br />
de energía son muy lentos, lo que también hace que produzcan poca luz<br />
49TA diferencia de la enana blanca, la enana roja aún genera energía<br />
Las enanas blancas son, junto a las enanas rojas, las estrellas más abundantes<br />
en el universo<br />
¿Qué son los Pulsares?<br />
Un púlsar es una estrella de neutrones que emite radiación periódica<br />
Los pulsares poseen un intenso campo magnético que induce la emisión de<br />
estos pulsos de radiación electromagnética a intervalos regulares<br />
La exactitud del tiempo en que se realiza un pulsar para dar lugar a otro ha<br />
hecho que sean usados para calibrar relojes de precisión<br />
En el aire, los átomos colisionan entre sí millones de veces por segundo y,<br />
sin embargo, después de cada colisión vuelven a su forma original<br />
Un átomo de oxígeno siempre seguirá con su configuración característica<br />
de electrones, sin importar las veces que colisione con otros átomos<br />
44
-eso es algo que, como usted dice, demuestra la extraordinaria mecánica<br />
de los átomos<br />
Así es; la teoría cuántica ha demostrado que todas estas propiedades de los<br />
átomos son consecuencia de la naturaleza ondular de sus electrones<br />
Para empezar, el aspecto sólido de la materia es producto de lo que los<br />
físicos denominan un típico "efecto cuántico"<br />
Efecto que está relacionado con el estado onda-partícula de la materia<br />
Los electrones están ligados al núcleo mediante interacciones eléctricas<br />
que tratan de mantenerlos tan cerca del núcleo como sea posible<br />
Pero, en su afán de “escapar de ese confinamiento” los electrones responden<br />
con una fuerza que tiende a distanciarlos del núcleo<br />
La interacción de ambas fuerzas, hace que el electrón gire a velocidades<br />
que oscilan alrededor de 700 kilómetros por segundo<br />
Estas altas velocidades se expresan ante nuestro conocimiento como si el<br />
átomo fuera una esfera rígida<br />
Del mismo modo que la hélice de un avión que, al girar rápidamente, se<br />
muestra como un disco sólido<br />
Pero la estructura del átomo no es la de un<br />
pequeño sistema planetario, al estilo de lo<br />
que pensaba Ruthford<br />
Para tratar de visualizar la verdadera estructura, en vez de partículas que<br />
giran alrededor del núcleo, imaginemos ondas de probabilidad; esas ondas<br />
están ordenadas en diferentes órbitas<br />
45
¿Cómo se determinan esas “ondas de probabilidad, profe?<br />
Esas “ondas de probabilidad” son establecidas por las<br />
ecuaciones que desarrollan los físicos teóricos<br />
Nosotros no nos metemos con las demostraciones teóricas; sólo damos por<br />
sentado que saben lo que hacen y repetimos los resultados<br />
-¿eso quiere decir que sólo usando la teoría de probabilidades se puede<br />
establecer la posición de un electrón?<br />
Sí; es posible encontrar a los electrones en alguna parte de estas órbitas,<br />
pero no se puede decir que estén "girando alrededor del núcleo"<br />
Los electrones se establecen en órbitas y el equilibrio se logra entre la<br />
atracción que sobre ellos ejerce el núcleo y su resistencia a ser confinados<br />
Dicen que el átomo tiene varios estados; ¿podríamos tener<br />
un ejemplo?<br />
Sí; las ondas de electrones están ordenadas; el electrón de un átomo de<br />
hidrógeno, por ejemplo, sólo podrá existir en una cierta órbita<br />
En condiciones normales, estará siempre en su órbita más baja, llamada el<br />
“estado elemental” del átomo<br />
Pero, el electrón puede saltar a órbitas más elevadas si recibe la cantidad<br />
necesaria de energía, entonces estará en un "estado excitado"<br />
Desde ese estado volverá a su estado elemental<br />
-¿habrá algún efecto en el electrón, luego de este proceso?<br />
46
Sí, hay; la interacción que sufrió el electrón ante una influencia que excitó<br />
al átomo, produjo una energía extra que crea un fotón<br />
Lo veremos más adelante, esta clase de interacciones crea y destruye partículas,<br />
pero este cambio no altera las propiedades de la partícula<br />
Profe; he escuchado que hay lo que se llaman “números<br />
cuánticos” ¿podría explicarnos que son?<br />
Indican la localización y el perfil de las órbitas de los electrones<br />
-¿…?<br />
El primer número cuántico es el número de la órbita y determina la energía<br />
que un electrón debe tener para estar en esa órbita<br />
Los otros dos miden la velocidad y la orientación de rotación del electrón<br />
La fuerza básica que origina los fenómenos atómicos es la fuerza de atracción<br />
eléctrica que existe en la estructura del electrón<br />
Esto es, el núcleo atómico cargado positivamente, y los electrones, cargados<br />
negativamente<br />
Para conocer “la naturaleza de la materia” es imperativo conocer los núcleos<br />
atómicos, pues ellos contienen casi toda la masa del átomo…<br />
Alrededor de 1930, los físicos se enfrascaron en comprender la estructura<br />
de los núcleos y las fuerzas que los mantienen sólidos<br />
En esa búsqueda encontraron que aparte del protón existía el neutrón<br />
-¿por qué se llama “neutrón, profe?<br />
Porque es una partícula que no lleva carga eléctrica<br />
47
Tiene casi la misma masa que el protón o sea alrededor de dos mil veces<br />
mayor que la del electrón<br />
Este descubrimiento mostró que los núcleos de todos los elementos químicos<br />
estaban constituidos de protones y neutrones<br />
También reveló que la fuerza nuclear, que conserva estas partículas firmemente<br />
unidas dentro del núcleo, era un fenómeno aún no conocido<br />
Pues no podía ser de origen electromagnético, dado que los neutrones son<br />
eléctricamente neutros… veamos la estructura de un átomo<br />
Yo soy el átomo; mi núcleo es unas cien mil veces<br />
más pequeño que yo, pero contiene casi toda mi<br />
masa; los electrones se mueven alrededor de mi<br />
núcleo a unos 50.000 kilómetros por segundo;<br />
así, la materia de mi núcleo es diferente de<br />
cualquier otra en el macrocosmo<br />
Cuando mis “nucleones” (protones y neutrones)<br />
se acercan demasiado entre sí, la fuerza que<br />
despliegan hace que no continúen acercándose<br />
más; así se mantiene el equilibrio en mi núcleo<br />
Nosotros somos los electrones, constituimos<br />
sólo una pequeñísima fracción de la masa total,<br />
pero somos quienes dan a la materia su aspecto<br />
sólido y le proporcionamos los vínculos para<br />
construir las estructuras moleculares<br />
48
-profe; falta el acertijo y la belleza de la palabra<br />
Vayamos primero con el acertijo:<br />
Es negro, pero surge del color y se pierde en la nada<br />
-el negro es la ausencia del color, pero el que nos propone surge, precisamente,<br />
del color<br />
-pero la fuente de donde proviene sí, tiene color<br />
-además, se pierde en la nada, como si fuera una especie de niebla negra<br />
-¡el humo! sí, el humo, es negro, proviene del fuego que es de color y se<br />
pierde en la nada<br />
Ustedes son imbatibles<br />
Va un ejemplo sobre la estética de la palabra desde la literatura; al igual<br />
que el lenguaje cuántico, la literatura tiene su propia palabra<br />
Hay un ritmo emocional cuando os siento en mí; en vivencias que aristan sus<br />
propias rapsodias; en flexos celestes que hilvanan una gama en un arpegio<br />
En pálpitos que nacen como los copos, que danzan el compás puro<br />
Estáis en mí todos vosotros; os llevo como un sentimiento<br />
¡Abrevadme! ¡Abrevadme! No dejéis de ser en el flexo lila-verde<br />
Os siento en partida; la gama desaira el arpegio; ¡No os vayáis! Que no es de<br />
la verdadera rosa dejar, por hirientes, sus espinos<br />
Soy vosotros en las rapsodias de flexos celestes; en las irradiaciones del alma<br />
en los hilvanes que arpegian<br />
En el amor de la especie por las especies, de las razas por las razas; del Ser<br />
por los seres: soy un arpegio en gama<br />
49
Yo sé lo que sentís; siento cada uno de vuestros sentires: el arpegio apaga la<br />
gama; la gama amaga su daga<br />
Sólo siendo en vosotros soy yo, pero sé que vosotros no necesitáis de mí para<br />
ser, excepto para saber lo que debéis ser por vuestra Voluntad de Ser<br />
El flexo busca el nexo: ¡No os vayáis cobardes!<br />
Encontrad en mí el disolvente de las antinomias fatales<br />
(En ese instante, una alumna pidió la palabra)<br />
-Profe, usted tenía razón: la literatura tiene su propio lenguaje, tal como<br />
lo tiene el mundo de la relatividad-cuántica; sin embargo, ambos lenguajes<br />
nos emocionan: el relativo-cuántico, porque descorre cortinas vedadas por<br />
miles de años; el literario, porque descubrimos no el pálpito del átomo,<br />
sino el del alma.<br />
(El profesor se sintió verdaderamente conmovido)<br />
50
5<br />
NUEVOS CONCEPTOS<br />
Empezaremos definiendo lo que los físicos consideran una partícula elemental:<br />
es la partícula que se supone es la última en una estructura<br />
Pero, debido al constante descubrimientos de nuevas “partículas elementales”<br />
los físicos estiman que ya no pueden llamarse “partículas elementales<br />
-¿cuál es, más o menos, número de partículas subatómicas que se conoce?<br />
Ese número aumentó de tres a seis en 1935, después a dieciocho en 1955, y<br />
hoy día se conocen más de doscientas partículas "elementales”<br />
¿Bautizaron de otra manera a las partículas elementales?<br />
Sí; cambiaron el nombre por el de partículas subatómicas…<br />
este nuevo concepto de las partículas fue iniciado por Paul<br />
Dirac quien formuló una ecuación que describía el comportamiento<br />
de los electrones<br />
Predijo la existencia de un antielectrón con la misma masa que el electrón,<br />
pero con una carga positiva: el positrón<br />
De allí nació lo que ahora conocemos como la antipartícula o la antimateria<br />
-yo creí que eso de antimateria y demás era sólo para las películas de<br />
ciencia-ficción<br />
Al respecto podemos decir que ese futuro ya está aquí<br />
Los físicos determinaron que una teoría completa sobre los fenómenos nucleares<br />
no debería incluir solamente la teoría cuántica<br />
51
Dijeron que era necesario incluir la teoría de la relatividad, dado que las<br />
partículas subatómicas, se mueven casi a la velocidad de la luz<br />
-¿qué es la simetría, jefe?<br />
-es una particularidad de la materia por la que un sistema,<br />
luego de una interacción con otros, mantiene las<br />
mismas propiedades que tenía originalmente<br />
Ejemplo; un trompo al ser lanzado para que gire sobre<br />
su eje, seguirá siendo el mismo después de haber girado; luego hablaremos<br />
más de eso<br />
La creación de partículas<br />
La creación de partículas materiales partiendo de la energía pura es el<br />
efecto más admirable de la teoría de la relatividad<br />
Cuando dos partículas colisionan con altas energías, se rompen en pedazos,<br />
pero estos pedazos no son más pequeños que las partículas originales<br />
Son partículas de la misma clase y resultan creadas de la energía del movimiento<br />
inherente al proceso de colisión<br />
A ese tipo de energía se denomina energía cinética<br />
L49Tos electrones con órbitas más cercanas al núcleo tienen menor energía<br />
que los que están más lejos<br />
49TEs decir, tiene más “fuerza” para “alejarse” del núcleo que lo atrae<br />
49T-¿cómo se dividen las partículas subatómicas, “jefe”?<br />
49TNada de bromas; l49Ta única forma de dividir las partículas subatómicas es<br />
haciéndolas estallar juntas en procesos de colisión con altas energías<br />
Pero nunca se obtendrá trozos más pequeños<br />
-o sea que las colisiones pueden crear otras partículas, pero nunca más<br />
pequeñas que las partículas que colisionaron<br />
52
Así es; las colisiones de partículas subatómicas con alta energía son el<br />
principal método utilizado para estudiar las propiedades de las partículas<br />
Las energías necesarias para los experimentos de colisión se obtienen por<br />
medio de enormes aceleradores de partículas<br />
Tal como el que aparece en las figuras de arriba; son gigantescas máquinas<br />
circulares cuya circunferencia puede tener varios kilómetros<br />
Allí, los protones son acelerados hasta velocidades próximas a la velocidad<br />
de la luz, para después hacerlos colisionar con otros protones o neutrones<br />
Fuerza y Materia<br />
Por otra parte, los físicos que observan los fenómenos subatómicos, han<br />
creído conveniente unifica los dos conceptos: fuerza y materia,<br />
Ahora se considera que fuerza y materia, tienen su origen común en los patrones<br />
dinámicos que llamamos “partículas”<br />
53
1 Una colisión con partículas externas excita al átomo<br />
2 El electrón cambia de órbita a una de mayor energía<br />
3 El electrón vuelve a su energía normal y libera la energía extra en<br />
forma de fotón<br />
El conocimiento que se tiene sobre las partículas, pueden ser representado<br />
por un ejemplo: un grano de sal se compone de moléculas de sal<br />
Las moléculas de sal, de átomos; los átomos se componen de núcleos y<br />
electrones; y los núcleos, de protones y neutrones<br />
Pero, a nivel de partículas, ya no es posible ver las cosas de ese modo<br />
Para establecer el comportamiento de las partículas, se diseñaron varios<br />
modelos teóricos, uno de ellos: La Interpretación de Copenhague<br />
La Interpretación de Copenhague<br />
Fue desarrollada por Niels Bohr y Werner Heisenberg en la década de<br />
1920; sigue siendo el modelo más aceptado<br />
Según la interpretación, las partículas subatómicas no existen con certeza<br />
en lugares definidos, más bien muestran "tendencias a existir"<br />
No hay seguridad de que los sucesos atómicos ocurran en tiempos y maneras<br />
definidas; en su lugar muestran "tendencias a ocurrir"<br />
Por ello es que se usa el concepto de probabilidad, con ese concepto se<br />
determina la probabilidad de que una partícula esté en ciertas zonas<br />
En los experimentos de colisión, las partículas son lanzadas alrededor de<br />
una pista y aceleradas hasta que su energía sea lo suficientemente alta<br />
54
Werner Heisenberg<br />
Niels Bohr<br />
Este proceso tiene lugar en el acelerador de partículas y las colisiones, en<br />
una cámara de burbujas, donde las partículas producen rastros visibles<br />
Esos rastros pueden ser fotografiados, pero las fotografías deben ser tomadas<br />
muy rápidamente<br />
A pesar de que los aceleradores toman miles de millones de fotografías de<br />
las colisiones por segundo, no alcanzan a fotografiar los procesos<br />
Por eso, las propiedades de las partículas son deducidas del análisis matemático<br />
de los rastros dejados por las colisiones en la cámara de burbujas<br />
-¿se puede tener una idea de lo que es una onda con relación a la partícula?<br />
Ya lo intentamos en las anteriores clases, pero lo repetiremos ahora<br />
Precisamente para aumentar la capacidad de visualizar esta clase de fenómenos,<br />
es que hacemos los ejercicios de pensamiento lateral<br />
Las ondas asociadas con partículas, no son ondas tridimensionales "reales",<br />
como las ondas de agua o las ondas sonoras<br />
Entonces, ¿qué clase de ondas son?<br />
Son "ondas de probabilidad", matemáticamente abstractas relacionadas<br />
con las probabilidades de que las partículas se hallen en ciertos lugares<br />
55
Además de ciertas propiedades, algo que sólo los físicos teóricos entienden,<br />
a través de su idioma, que son las ecuaciones matemáticas<br />
L<br />
A<br />
La onda<br />
Una onda es la trayectoria de una partícula sujeta a longitud y frecuencia,<br />
como en la siguiente figura que reproducimos del anterior capítulo<br />
La letra L representa la longitud de una onda; la letra A, su frecuencia<br />
En la próxima clase veremos la importancia de ambas<br />
Nosotros no necesitamos entender esas ecuaciones, sólo visualizar, en lo<br />
posible, lo que representan<br />
La partícula no está presente en un lugar definido; tampoco está ausente;<br />
no cambia su posición, ni permanece en reposo<br />
Lo que cambia es el patrón de probabilidad y de este modo cambian sus<br />
tendencias a “estar” en ciertos lugares; es una especie de locura<br />
Robert Oppenheimer, del grupo de científicos que creó la bomba atómica<br />
nos dice algo insólito:<br />
Si, preguntamos por ejemplo si la posición del electrón permanece<br />
siendo la misma, hemos de decir que "no"; si preguntamos<br />
si la posición del electrón varió con el tiempo, tenemos<br />
que decir que "no";<br />
Si preguntamos si el electrón esta en reposo, debemos decir que "no"; si<br />
preguntamos si está en movimiento, hemos de decir que "no"<br />
56
El Momentum (momento)<br />
Las partículas que se mueven con alta velocidad tienen una elevada energía;<br />
aunque los físicos, ya no usan el concepto "velocidad"<br />
En su lugar emplean el "momento" que se define como la masa de una partícula<br />
multiplicada por su velocidad<br />
-el momento de una partícula deriva, entonces de cuánta masa tiene y a<br />
qué velocidad se mueve<br />
Así es; la teoría cuántica asocia las propiedades de una onda de probabilidad<br />
con las propiedades de la partícula<br />
Esas propiedades se refieren a la amplitud de onda con las probabilidades<br />
de encontrar la partícula en dicho lugar<br />
Me gustaría conocer un<br />
ejemplo concreto<br />
Tranquilo Lucas; si la longitud es grande tendremos más probabilidades<br />
de encontrar la partícula que en una longitud pequeña<br />
Cuando las longitudes de las ondas son iguales, la partícula podrá ser encontrada<br />
con la misma probabilidad en cualquier parte de la onda<br />
Una onda de pequeña longitud estará relacionada a una partícula que se<br />
mueve a velocidad mayor, es decir tendrá un “momento elevado”<br />
La frecuencia de la onda es proporcional a la energía de la partícula; una<br />
onda con una frecuencia alta muestra una partícula con gran energía<br />
En el caso de la luz, por ejemplo, la luz violeta tiene una frecuencia alta y<br />
una longitud de onda corta<br />
57
Por lo tanto, se compone de fotones de alta energía y alto momento<br />
La luz roja tiene una frecuencia baja y una longitud de onda larga, correspondiente<br />
a fotones de baja energía y bajo “momento”<br />
Luz Violeta, frecuencia alta y<br />
longitud corta<br />
Luz roja, frecuencia corta y longitud amplia<br />
La posición de la partícula es más o menos determinada; por ejemplo, en la<br />
descripción de un electrón<br />
En tal caso, las probabilidades de encontrar la partícula en diversos lugares<br />
se concentran más bien a una zona determinada<br />
Fuera de esta zona las probabilidades de encontrarla deben ser cero; esto<br />
se logra mediante un modelo de onda como el del diagrama siguiente<br />
El diagrama corresponde a una partícula confinada a la zona X<br />
Ese modelo se denomina “paquete de ondas”<br />
X<br />
Paquete de ondas correspondiente a una partícula<br />
situada en algún lugar de la zona X<br />
58
¿Qué es el Principio de Incertidumbre?<br />
Nos instruye sobre el hecho de que en el mundo sub-atómico, nunca se<br />
podrá saber con precisión la posición y el momento de una partícula<br />
La fórmula matemática de esta relación existente sobre la posición y momento<br />
de una partícula es conocida como El Principio de Incertidumbre<br />
Cuanto mejor se conozca su posición, más confuso<br />
será su momento y viceversa; los físicos, al efectuar<br />
una medición precisa de cualquiera de estas dos<br />
magnitudes, nada sabrán de la otra<br />
Esta limitación no es causada por la imperfección de las técnicas de medida;<br />
se trata de una limitación de principio en la naturaleza<br />
¿Qué es principio de Complementariedad?<br />
Para comprender la relación existente entre los pares de<br />
conceptos clásicos, Niels Bohr introdujo la idea de la Complementariedad<br />
Consideró el status de partícula y onda como dos descripciones complementarias<br />
de la misma realidad; cada una, sólo parcialmente correcta<br />
También estableció que para lograr una descripción completa de la realidad<br />
atómica son necesarias las dos representaciones<br />
Ambas se aplican dentro de las limitaciones impuestas por el principio de<br />
incertidumbre “Los opuestos son complementarios” dice Bohr<br />
Espacio-Tiempo<br />
La física clásica concebía un espacio tridimensional, absoluto, independiente<br />
de los objetos materiales contenidos en el espacio<br />
59
El espacio obedecía a las leyes de la geometría euclidiana; de esta manera,<br />
el tiempo se consideraba una dimensión aparte, también absoluta,<br />
El tiempo fluiría de un modo uniforme e independiente<br />
del mundo material<br />
La geometría euclidiana consideraba al espacio como algo<br />
plano<br />
La ley de la Relatividad demostró que el espacio-tiempo es curvo; en la<br />
física actual, la medición del espacio-tiempo es relativa<br />
La posición de un objeto en el espacio se define sólo en relación con algún<br />
otro objeto; así termina la clase<br />
Profe, falta el pensamiento lateral y la palabra bella y útil<br />
Muy bien; aquí va un acertijo<br />
Supongamos que un conocido millonario, famoso por sus colecciones, entre<br />
ellas, de monedas antiguas, denuncia el robo de 99 monedas egipcias de oro<br />
cuya antigüedad, según los datos, viene del año MM a.C… la colección constaba<br />
de 100 monedas, pero él siempre guardaba una en el cajón de su escritorio<br />
porque “le traía suerte”, costumbre que le permitió salvar por lo menos<br />
una moneda ¿Por dónde empezaríamos la investigación?…<br />
-empezaríamos visitando las casas de empeño<br />
-trataríamos de averiguar si es que existen otros coleccionistas del mismo<br />
ramo<br />
-seguramente la colección de monedas estaba asegurada por una buena<br />
suma, por lo que nos interesaría saber las condiciones del seguro<br />
-por otra parte, también investigaríamos los antecedentes del millonario,<br />
para asegurarnos de que no esté cometiendo una estafa<br />
-no podríamos obviar la necesidad de saber cómo y las condiciones que<br />
mediaron para que la colección fuera adquirida<br />
Todas las sugerencias son de gran utilidad y responden a una de las categorías<br />
de pensamiento más utilizados: el pensamiento lineal o lógico; antes<br />
de seguir con las vías que transitaríamos para dar con el o los autores del<br />
60
obo, debemos preguntarnos: ¿tenemos toda la información requerida sobre<br />
la colección de monedas?<br />
-yo creo que sí: sabemos que datan de dos milenios a.C<br />
-por otro lado, sabemos que son de oro y que valen mucho<br />
Sin embargo, debo decirles que no tienen toda la información necesaria para<br />
demostrar que el caso se basa en un intento de estafa<br />
-¿Cómo podríamos saber que se trata de un intento de estafa? Usted nos<br />
dio los datos necesarios para plantear el caso<br />
Les di y no les di<br />
-¿…?<br />
El detective asignado al caso, le pidió al coleccionista que le mostrara la moneda<br />
salvada… apenas la vio, el detective determinó que se trataba de un<br />
intento de estafa… o de una broma; ahora acudimos al pensamiento lateral<br />
para deducir qué fue lo que el detective vio en la moneda… por favor, no se<br />
inhiban de aventurar deducciones absurdas, pues no se trata de seguir un<br />
proceso lógico; al contrario, mientras más absurda la deducción, más útil será<br />
para familiarizarnos con las características del pensamiento lateral<br />
-la moneda no era de oro<br />
-la moneda tenía dos caras iguales<br />
-llevaba la leyenda: Made in China<br />
-era una moneda de vidrio<br />
-tenía la efigie de algún presidente egipcio contemporáneo<br />
-era una ficha de póker<br />
-era pintada con brocha gorda<br />
-era un chocolatín redondo envuelto en papel dorado<br />
El detective se dio cuenta de que la moneda era falsa, porque no llevaba la<br />
leyenda “Made y China”, sino “MM a.C” (Dos mil años antes de Cristo)<br />
Se escuchó una carcajada en coro<br />
Si ustedes hubieran tenido la información que tuvo el detective asignado al<br />
caso, lo habrían resuelto inmediatamente, pero yo les proporcioné una in-<br />
61
formación ambigua: les dije simplemente que las monedas eran egipcias y<br />
que, según los datos, provenían del siglo XX a.C, pero no les dije que esa<br />
fecha estaba inscrita en la moneda… éste es un pequeño ejemplo de pensamiento<br />
lateral, en el que lo más importante no es seguir un pensamiento lógico,<br />
lineal, sino reestructurar el modelo original, oponiendo alternativas que<br />
no sean lógicas; más bien se espera que la reestructuración del modelo se<br />
base en andamiajes cada vez más absurdas que el curso proponga, tal como<br />
lo hicieron ustedes; lo dijimos ya, la esencia misma del pensamiento lateral<br />
se basa en la búsqueda de alternativas absurdas hasta que se adquiere un<br />
grado de pericia aceptable<br />
(Fragmento)<br />
La palabra reverberaba como los colores encandilados por el prisma que les<br />
da vida; todo en él era para el embeleso y para el aturdimiento feliz de los<br />
sentidos… su presencia era como el infinito: no parecía exigir el lugar de nadie<br />
para objetivarse, ni hacer que las alas de una mariposa tuvieran motivo<br />
para el sobresalto. Habló con ecos de palabras, como si las palabras originales<br />
hubieran sido pronunciadas hacía muchas centurias de milenios, milenios<br />
que descansan unos sobre los otros… así es cómo las hojas de los árboles, en<br />
cada una de sus ramas, son las mensajeras de la naturaleza… pero las huellas<br />
dejadas por los que han dejado huella a lo largo de los senderos de la luz<br />
invisible nos instruyen que hay quienes no viven, quienes sólo ansían poder y<br />
dinero; parecería que estuvieran hechos de otra sustancia… ajenos a lo que<br />
es el fluir de la vida, mueren por que no mueren y al morir se van vacíos porque<br />
no dejan nada, ni siquiera el aliento para que una hoja de otoño planee<br />
por un cuarto de segundo…<br />
62
6<br />
<strong>LA</strong>S DANZAS CÓSMICAS<br />
Periodo de vida de las partículas<br />
Una millonésima de segundo; partículas de tan corta vida sólo pueden ser<br />
sucesos transitorios de procesos muy dinámicos<br />
Por la naturaleza relativista de las partículas subatómicas, no es posible<br />
entender sus propiedades sin conocer sus mutuas interacciones<br />
Por otro lado, no es posible comprender una partícula sin antes tener un<br />
conocimiento previo de la interacción de las demás<br />
¿Qué es el Vacío, profe?<br />
La frase “la naturaleza aborrece el vacío” es muy oportuna; desde la época<br />
de los griegos, el concepto de “vacío” ha sido tema de grandes debates<br />
Los que negaban la existencia del vacío razonaban del siguiente modo<br />
Si los cuerpos están separados por la nada, esto es, por vacíos, no estarían<br />
separados; siempre estarían juntos<br />
En el estudio del “vacío”, los físicos se encontraron con el concepto de<br />
“campo”, el que se interpretó de diferente manera<br />
Faraday y Maxwell postularon que los campos vibratorios eléctricos y<br />
magnéticos pueden viajar a través del espacio, en forma de ondas de radio<br />
También como ondas de de luz y otros tipos de radiación electromagnética<br />
63
En la formulación relativista de la electrodinámica<br />
los dos campos: la electricidad y el magnetismo,<br />
quedan unificados en un solo campo electromagnético,<br />
lo que permitió demostrar que el “vacío” como<br />
tal, no existe<br />
Los físicos identifican el vacío cuántico o "estado de vacío", como algo que<br />
"no es desde ningún punto de vista un simple espacio vacío"<br />
Es un error pensar, dicen, que el vacío físico sea un espacio vacío absoluto;<br />
la mecánica cuántica establece que el vacío cuántico no está “vacío”<br />
Los físicos afirman que el vacío contiene ondas electromagnéticas fluctuantes<br />
y partículas que saltan dentro y fuera de la existencia<br />
El vacío es verdaderamente un "vacío vivo", que pulsa permanentemente<br />
ritmos de creación y de destrucción<br />
El descubrimiento de la cualidad dinámica del vacío está considerado como<br />
uno de los hallazgos más importantes de la física moderna<br />
El “vacío” es considerado como una entidad dinámica de importancia<br />
-de manera que la cabeza del Flaco George no está hueca como creíamos,<br />
después de todo; tenía usted razón: la naturaleza obra caóticamente<br />
El Campo<br />
El concepto de “campo” ha sido asociado con la fuerza electromagnética<br />
También con esa otra fuerza primordial del macromundo<br />
Esta es la fuerza de la gravedad<br />
Los campos gravitacionales están en todos los cuerpos sólidos, y las fuerzas<br />
resultantes son siempre fuerzas de atracción<br />
64
Los campos electromagnéticos originan<br />
fuerzas de atracción y de repulsión<br />
En la relatividad general hay una idea muy<br />
clara al respecto:<br />
Donde exista un cuerpo sólido habrá también un campo gravitacional, elque<br />
se manifestará como la curvatura del espacio que rodea al cuerpo<br />
Einstein: la materia no puede estar separada de su campo de gravedad, y el<br />
campo de gravedad no puede estar separado del espacio curvo<br />
Unidad de Materia y Espacio<br />
Materia y espacio son consideradas partes inseparables e interdependientes<br />
de un solo conjunto<br />
La física moderna nos demuestra que, en ambos niveles, el microscópico y<br />
el macroscópico, los objetos materiales no son entidades diferenciadas<br />
Están inseparablemente ligados a su entorno y sus propiedades pueden<br />
entenderse sólo en función de su interacción con el resto del universo<br />
Pero la teoría clásica de la electrodinámica se ha podido combinar con la<br />
teoría cuántica, dando una teoría llamada "Electrodinámica Cuántica"<br />
Los nombres son muy amenazadores, pero los conceptos nos llegan de una<br />
manera muy fácil, tal como lo comprobaremos nuevamente<br />
¿Qué es la Electrodinámica Cuántica?<br />
Describe las interacciones electromagnéticas que se dan<br />
entre las partículas subatómicas e integra la teoría cuántica<br />
y la teoría de la relatividad, aunque aún no es una integración<br />
para una teoría del todo<br />
Fue el primer modelo "cuántico-relativista" de la física moderna<br />
y hasta el presente, el más efectivo<br />
65
El rasgo más nuevo y sorprendente de la electrodinámica cuántica surge<br />
de la combinación de dos conceptos: campo electromagnético y fotones<br />
Los fotones son también ondas electromagnéticas<br />
El campo cuántico es considerado como una entidad física fundamental: un<br />
medio continuo que está presente en todas partes del espacio<br />
Las partículas son simples condensaciones locales del campo, concentraciones<br />
de energía que vienen y van<br />
Pierden su carácter individual y se disuelven en el campo subyacente<br />
Los físicos citan a Albert Einstein, quien declara:<br />
Podemos por tanto considerar a la materia como constituida por las regiones<br />
de espacio en las cuales el campo es extremadamente intenso... En este<br />
nuevo tipo de física no hay lugar para campo y materia… el campo es la<br />
única realidad<br />
¿Qué significa “La Unificación de todos los campos”<br />
Originalmente, el concepto de “campo” se relacionó con el concepto de<br />
fuerza; en la teoría del campo cuántico todavía se asocia con las fuerzas<br />
Por ejemplo, la interacción total entre dos electrones incluirá una serie de<br />
intercambios de fotones; los electrones parecerán desviarse uno de otro<br />
La física clásica dirá que los electrones ejercieron una “fuerza repulsiva”<br />
uno sobre el otro, algo que ahora se desecha<br />
Según la física moderna, ninguno de los dos electrones es sujeto de “fuerza”<br />
alguna cuando se aproxima al otro<br />
Sólo se influyen mutuamente a través de los fotones que intercambian<br />
66
En el mundo subatómico no existen esas “fuerzas”, sólo hay interacciones<br />
entre las partículas, que son medidas a través de campos<br />
Es decir, a través de otras partículas; por esta razón los físicos prefieren<br />
hablar de interacciones en lugar de hablar de fuerzas<br />
Establecido el concepto de campo, los físicos intentaron unificar los diversos<br />
campos en uno solo, el que incorporase a todos los fenómenos físicos<br />
Einstein pasó los últimos años de su vida buscando ese campo unificado<br />
Según la teoría del campo cuántico, todas las interacciones ocurren en el<br />
proceso de intercambios de partículas<br />
Nuevas Partículas<br />
(Recordemos que los nucleones son los protones y neutrones que conforman<br />
el núcleo de un átomo)<br />
En las interacciones electromagnéticas, las partículas intercambiadas son<br />
fotones; los nucleones interactúan entre sí mediante la interacción nuclear<br />
Se las conocen como "interacciones fuertes"; se manifiestan como el intercambio<br />
de un nuevo tipo de partículas, llamadas "mesones"<br />
Por ello, no se puede entender la fuerza nuclear sin entender todo el espectro<br />
de las partículas subatómicas y sus interacciones<br />
¿Cómo se crea una partícula con masa?<br />
La creación de una partícula con masa sólo es posible cuando existe la<br />
energía correspondiente a su masa, v.g, mediante un proceso de colisión<br />
67
Ya vimos antes que para lograr una partícula con masa desde la energía es<br />
necesario grandes existencias energéticas<br />
Mesón real y Mesón virtual<br />
Los sucesos subatómicos que tienen lugar dentro de un muy corto período<br />
de tiempo, implican una gran incertidumbre en cuanto a la energía<br />
El intercambio de mesones, esto es, la creación y posterior destrucción de<br />
estas partículas, son sucesos de este tipo<br />
Tienen lugar durante un período de tiempo muy corto, así la energía del<br />
entorno es suficiente para permitir la creación de los mesones<br />
Cuanto más pesados sean los mesones (es decir, cuanta más energía se<br />
precise para crearlos) más corto será el tiempo para el intercambio<br />
De este modo emergen los procesos de intercambio que constituyen las<br />
interacciones fuertes en el núcleo del átomo<br />
Por el otro lado, el intercambio de fotones virtuales puede darse a grandes<br />
distancias<br />
Eso se debe a que los fotones, al no tener masa, pueden ser creados con<br />
cantidades de energía más pequeñas<br />
Los campos electromagnéticos son originados por la presencia de fotones<br />
virtuales "dentro" de las partículas cargadas eléctricamente<br />
De esta manera, la distinción entre materia y espacio vacío<br />
tuvo finalmente que ser abandonada<br />
Las teorías del campo de la física moderna abandonan la distinción<br />
clásica entre partículas materiales y el vacío<br />
La teoría del campo gravitacional de Einstein y la del campo cuántico<br />
muestran que no es posible separar las partículas del espacio que las rodea<br />
68
Por un lado, determinan la estructura de dicho espacio, y por otro, no se<br />
las puede considerar como entidades aisladas<br />
Serán condensaciones de un campo continuo; este campo está considerado<br />
como la base de todas las partículas y de sus interacciones mutuas:<br />
El campo existe siempre y en todos los lugares; nunca puede ser eliminado.<br />
Es quien transporta a todos los fenómenos materiales. Tanto la acción<br />
de aparecer como la de desvanecerse de las partículas son sencillamente<br />
formas de movimiento del campo.<br />
El universo es dinámico<br />
Los viajes virtuales de la Física Moderna por el mundo subatómico han<br />
mostrado la naturaleza verdadera de la materia<br />
Han puesto de manifiesto que las partículas subatómicas son modelos dinámicos<br />
que no tienen existencia como entes aislados<br />
Ha demostrado que lesas partículas existen sólo como partes de un inmenso<br />
entretejido de interacciones<br />
Los procesos interactivos se realizan en un perenne flujo de energía emergente<br />
del intercambio de partículas<br />
Las partículas, en una interrelación mutua, son creadas y destruidas en una<br />
gama continua de modelos energéticos<br />
Las interacciones entre las partículas originan las estructuras<br />
de la materia, las que no permanecen estáticas: oscilan<br />
con movimientos ordenados<br />
El universo parece moverse al ritmo ondulante de una danza<br />
cósmica vital; este movimiento vital convoca una enorme<br />
variedad de patrones, pero todos ellos caen dentro de unas<br />
pocas categorías que interactúan entre sí<br />
Antes de terminar la clase hablaremos de algo diferente: dignidad<br />
69
Para empezar, diremos que en el comportamiento humano es preciso<br />
desechar los extremos, porque son deformaciones caricaturescas<br />
Por ejemplo, entre la humildad y la soberbia<br />
Sobre el particular, tracemos los dos extremos<br />
La humildad es para los harapos mentales<br />
La Soberbia es para la estupidez<br />
Entre ambos extremos encontraremos el grado de dignidad que elijamos<br />
En mi percepción, una de las respuestas más dignas en la historia fue dada<br />
por Miguel de Cervantes Saavedra<br />
Recordemos que Cervantes perdió el uso de una mano, cuando participaba<br />
en la famosa Batalla naval de Lepanto, hoy en Turquía<br />
La batalla, realizada en octubre de 1571, puso fin a las pretensiones de expandir<br />
el dominio del imperio otomano al resto de Europa<br />
En su época, Cervantes recibía muchos insultos de parte de los otros escritores,<br />
también famosos; yo percibo la respuesta del siguiente modo:<br />
Me dicen manco y viejo, con la pretendida intención de insultarme<br />
Me lo dicen, como si hubiera perdido la mano en una pelea de taberna y<br />
no en la batalla más grande que la historia pone en su inventario<br />
Me dicen viejo, como si fuera inherente sólo a mí el serlo y como si yo pudiera<br />
detener el tiempo<br />
Me dicen manco y viejo, como si fuera un pecado y sólo yo, el pecador<br />
Les cité la respuesta de Cervantes (algo transformada por mi percepción<br />
particular) como un ejemplo de lo que es Dignidad<br />
Cervantes no contesta los insultos, más bien expresa su pesar por lo arbitrarios<br />
e injustos que son<br />
70
Cuando sientan la necesidad de humillar a alguien, acuérdense de Cervantes<br />
y de lo que les digo a continuación:<br />
El único animal al que la arrogancia le cae bien es la llama, a ninguno más<br />
Hasta la próxima clase queridos alumnos.<br />
7<br />
LOS MISTERIOS<br />
DEL COSMOS<br />
¿Hay en el cosmos dimensiones como “arriba”, “abajo”, “norte”, “sur”, las<br />
mismas que conocemos en la Tierra?<br />
No; esas dimensiones son de tipo convencional, es decir surgieron de la<br />
necesidad de identificar un objeto en la realidad cotidiana<br />
Pero en el Cosmos, esas palabras dejaron de tener significado<br />
Para probarlo imaginemos dos individuos que flotan en el espacio y están<br />
observando un paraguas como el dibujo siguiente, tal como lo pone Fritjof<br />
El primer observador, A, ve el paraguas ligeramente<br />
inclinado a su izquierda, de forma que el extremo<br />
superior está más cerca de él; el observador B, mira<br />
el paraguas a su derecha y percibe que el extremo<br />
superior está más alejado<br />
-… queda claro que todos los datos espaciales, tales como "izquierda",<br />
"derecha", "arriba", "abajo", "oblicuo…” dependerán totalmente de la situación<br />
del observador y por tanto serán relativos y convencionales<br />
71
En el sistema clásico, el orden temporal de los sucesos era<br />
considerado independiente de la posición y velocidad del<br />
observador<br />
Las ubicaciones de los cuerpos en el espacio-tiempo de la<br />
física moderna son relativas y dependen del observador,<br />
tal como vimos con el paraguas<br />
La velocidad de la luz, 300.000 Km por segundo, es tan alta que nos hace<br />
suponer que observamos los sucesos en el mismo instante en que ocurren<br />
Pero eso es nada más que una ilusión; la luz necesita un tiempo para viajar<br />
desde la fuente del suceso al observador<br />
Ejemplo, la luz tarda ocho minutos en viajar desde el Sol a la Tierra, es decir<br />
que, en cualquier momento, vemos el Sol como era hace ocho minutos<br />
En la imagen siguiente vemos al sol como situado en el punto luminoso de<br />
la izquierda, pero el sol está realmente en el punto de la derecha<br />
Esto es, 8 minutos más tarde…<br />
… en la física cuántica, los sucesos son interacciones<br />
entre partículas que se mueven casi a la velocidad<br />
de la luz<br />
En este sentido, la relatividad del tiempo es algo bien establecido y ha sido<br />
confirmado por incontables experimentos; no es posible hablar del<br />
"universo en un momento dado", de una manera absoluta<br />
Por otro lado, según la Teoría de la Relatividad, no existe un espacio absoluto,<br />
independiente del observador<br />
-entonces, ¿cómo podemos identificar la ubicación de las galaxias?<br />
72
Los astrofísicos pueden ver las galaxias tal como eran hace millones de<br />
años; en realidad ven “su pasado”<br />
Ese pasado coexiste con el futuro de nuestra galaxia; así, “presente, pasado<br />
y futuro” no son dimensiones que existan en el universo<br />
En el cosmos todo es simultáneo<br />
Oí decir que la longitud de un palo en reposo horizontal es mayor<br />
que si el palo está en sentido vertical<br />
Tienes razón; en la física clásica se daba por sentado que un palo, ya se halle<br />
en movimiento o reposo, tendrá siempre la misma longitud<br />
La teoría de la relatividad ha demostrado que esto no es cierto<br />
Un palo tiene su longitud máxima cuando está en reposo, y se hace más<br />
corta a medida que su velocidad aumenta con relación al observador<br />
No tiene sentido preguntar por la longitud "real" de un objeto, tal como<br />
tampoco lo tiene preguntar la verdadera longitud de la sombra de alguien<br />
La relatividad del tiempo<br />
En los relojes sometidos a gran velocidad, el tiempo se refrena y marcan<br />
un periodo menor que los relojes en reposo normal<br />
Stephen Hawking, considerado como el sucesor de Einstein, pone como<br />
ejemplo hipotético a dos gemelos<br />
Si uno de ellos hiciera un viaje por el espacio<br />
exterior, al volver sería más joven<br />
que su hermano, porque todos sus "relojes",<br />
el latido de su corazón, su flujo sanguíneo,<br />
sus ondas cerebrales… habrían<br />
ido más despacio durante el viaje<br />
73
Pero él mismo no advertiría nada anormal, aunque a su regreso se asombraría<br />
al ver que su hermano gemelo era mucho más viejo que él<br />
El retraso experimentado por los relojes en movimiento está perfectamente<br />
comprobado en la física de las partículas<br />
También tiene como ejemplo a dos aviones viajan a la misma velocidad<br />
alrededor de la Tierra, pero en sentido contrario uno del otro<br />
El Tiempo correrá más lento en el avión que va de Oeste a Este que el otro<br />
avión que viaja en sentido contrario<br />
Además, el avión que va de izquierda a derecha tiene a su favor la velocidad<br />
de la rotación de la Tierra que rota en ese sentido<br />
49TVelocidades<br />
49T¿Cuál es la velocidad de rotación de la Tierra sobre su eje?<br />
49TLa Tierra gira sobre su eje a 1666,80 km por hora, tomando como punto de<br />
referencia la línea del Ecuador<br />
49TCon relación al sol, su movimiento de traslación alcanza, 107280 Km/hora<br />
49TCon relación a la velocidad de traslación que nuestro planeta recorre junto<br />
con el sol alrededor del centro galaxial, vamos a 777600 km por hora<br />
49TNuestra galaxia tarda 230 millones de años para lograr una órbita, junto<br />
con el sol, alrededor del centro de la galaxia<br />
Por otro lado, no hay una distancia única entre la Tierra y el Sol<br />
El perihelio<br />
Al comenzar el mes de enero la Tierra alcanza<br />
su máxima proximidad al Sol; ese estado queda<br />
identificado como el perihelio.<br />
74
Afelio<br />
En cambio, a principios de julio llega es cuanto más distante está con relación<br />
al sol, en un estado que se denomina afelio<br />
La distancia entre la Tierra y el Sol en el perihelio es de 142.700.000 km. y<br />
la distancia Tierra-Sol en el afelio es de 151.800.000 kilómetros<br />
¿A cuánto alcanza la velocidad del Sonido?<br />
La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen<br />
las ondas sonoras.<br />
Cuando lo hace a través del aire, es de 1234 Km por hora, lo que se denomina<br />
Mach 1, como una medida de velocidad para los aviones<br />
Cuando esa velocidad se rompe ocurre una explosión sonora debido a que<br />
las ondas del sonido se juntan unas a otras y el avión las deja atrás<br />
La inestabilidad de las partículas<br />
La mayor parte de las partículas subatómicas son inestables, esto es, después<br />
de cierto tiempo se desintegran en otras partículas<br />
Muchos experimentos han confirmado el hecho de que el tiempo de vida<br />
de una partícula inestable depende de su movimiento<br />
Si la velocidad de la partícula aumenta, su tiempo de vida aumentará<br />
Si su velocidad es el 99% de la velocidad de la luz, vivirá siete veces más,<br />
lo que no quiere decir que el tiempo de vida de la partícula varíe<br />
¿A qué se debería esos resultados tan absurdos?<br />
Los efectos, aparentemente absurdos, se deben a que son proyecciones<br />
tridimensionales de fenómenos que tienen lugar en<br />
cuatro dimensiones<br />
75
Es el mismo fenómeno de las sombras; son proyecciones de objetos tridimensionales,<br />
pero las vemos en una perspectiva de sólo dos dimensiones<br />
Si pudiésemos percibir la realidad espacio-temporal cuatridimensional, no<br />
observaríamos ningún efecto extraño<br />
Ahora abordaremos un tema de gran interés<br />
¿Qué son los Agujeros Negros, Profe?<br />
Los físicos recuerdan a Einstein y reafirman que siempre que haya un objeto<br />
sólido, el espacio que lo rodee será curvo, tal como lo vimos<br />
Un ejemplo claro de la curvatura del espacio-tiempo es algo que a primera<br />
vista nada tiene que ver con el tema<br />
Empecemos por visualizar el colapso de una estrella<br />
El colapso de una estrella se produce porque se vuelve cada vez más pequeña<br />
debido a que sus átomos se estrechan progresivamente entre sí<br />
Lo hacen, hasta que la estrella colapsa hacia dentro, en una “implosión”<br />
Todas las estrellas colapsan con el tiempo; eso se debe a la mutua atracción<br />
gravitacional de sus partículas<br />
Puesto que esta atracción aumenta con gran rapidez, a medida que disminuye<br />
la distancia entre las partículas, el colapso se acelera<br />
Lo dijimos en una clase anterior, si la masa de la estrella es<br />
grande, digamos, dos o más veces la del Sol, ningún proceso<br />
podrá evitar que el colapso continúe indefinidamente<br />
Como consecuencia el espacio-tiempo que la rodea, se hace cada vez más<br />
curvo y su gravedad aumenta a medida que su volumen se reduce<br />
76
Ya no quedan “vacíos” en el interior de sus átomos<br />
Finalmente, la estrella habrá aumentado tanto su fuerza de gravitación que<br />
alcanzará una etapa en la que nada escapará de su masa<br />
Los físicos dicen que, en esta etapa, se forma un "horizonte en calma" alrededor<br />
de la estrella, pues ninguna señal escapa de ella<br />
El Horizonte de Calma<br />
Tampoco vemos tal estrella porque su luz nunca llega hasta nosotros; ésa<br />
es la razón por la que esos cuerpos se llamen “agujeros negros”<br />
Su existencia fue pronosticada por la teoría de la relatividad, en 1916<br />
En 1967 Stephen Hawking y Roger Penrose demostraron que los agujeros<br />
negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein<br />
Que en determinados casos no se podía impedir que se crease un agujero<br />
negro a partir de un colapso<br />
¿Cuándo se conoció la existencia de los agujeros negros?<br />
John Wheeler acuñó el término "agujero negro", en 1969; la idea de agujero<br />
negro tomó fuerza con los avances científicos y experimentales<br />
Sin embargo, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir radiación,<br />
lo cual fue propuesto por Stephen Hawking en 1976<br />
77
Tras años de investigación de los resultados,<br />
los investigadores aseguran que efectivamente<br />
habían logrado probar la teoría de Hawking<br />
El colapso se completa cuando la estrella se ha contraído hasta un punto<br />
crítico de densidad extrema<br />
-¿cuánto tiempo tarda el colapso?<br />
- ¡se trata de un tiempo finito o infinito?<br />
En la teoría de la relatividad esta pregunta carece de sentido<br />
El proceso de colapso de una estrella, como todos los demás períodos de<br />
tiempo, es relativo y dependerá de la posición y velocidad del observador<br />
Aún no capto bien: ¿cómo saben los científicos que han identificado<br />
un agujero negro, si su luz no nos llega?<br />
Deducen la existencia de un agujero negro de varias maneras<br />
Si una estrella que gira en órbita alrededor de un centro, al parecer, sin un<br />
cuerpo existente visible, es posible que el centro sea un agujero negro<br />
Todas las partículas se mueven hacia adelante o hacia atrás en el tiempo,<br />
En el espacio se pueden mover hacia la derecha o hacia la izquierda<br />
Louis de Broglie dice al respecto:<br />
En la dimensión espacio-temporal, todo lo que para cada uno de nosotros<br />
constituye el pasado, el presente y el futuro, se da en bloque<br />
78
Me gustaría saber qué es el Efecto Cuántico<br />
Hay muchos efectos y estados cuánticos, los que son descritos por ecuaciones<br />
matemáticas, más que por una observación directa<br />
Si una partícula subatómica está confinada a una pequeña región de espacio,<br />
reaccionará a su confinamiento moviéndose en una órbita<br />
Tal el caso de un electrón con relación al núcleo del átomo<br />
Cuánto más pequeña la zona de confinamiento, es decir, cuánto más cerca<br />
se encuentre del núcleo, más deprisa "revoloteará" la partícula en cuestión<br />
Ése sería un “efecto cuántico”<br />
Para intuir las características del Macro y del Microunivereso, visualizaremos<br />
la unidad de la Teoría de la Relatividad-Mecánica Cuántica<br />
El dinamismo de la materia surge en la teoría cuántica como una consecuencia<br />
de la naturaleza dual onda-partícula de las partículas subatómicas<br />
Emerge también de la teoría de la relatividad: la unificación del espaciotiempo<br />
no permite que la materia quede separada de su actividad<br />
Por eso es que las propiedades de las partículas subatómicas pueden ser<br />
percibidas sólo en movimiento, interacción y transformación<br />
¿Es cierto que el Universo se Expande?<br />
Sí; el universo acoge un conjunto indeterminado pero muy grande de galaxias,<br />
en movimientos de rotación, tal como la nuestra<br />
El ejemplo más conocido al respecto es el siguiente<br />
Para tratar de visualizar el proceso de expansión, imaginemos un globo<br />
con un gran número de puntos en su superficie<br />
79
El globo representará el universo y los puntos, serán las galaxias<br />
A medida que inflamos el globo, las distancias entre los puntos aumentarán<br />
Todos los puntos se alejarán de todos y cada uno<br />
La velocidad de expansión aumentará progresivamente: a mayor distancia,<br />
más rápido se alejará de nosotros<br />
Las galaxias más lejanas de todas se alejan de nosotros a velocidades que<br />
se aproximan a la de la luz<br />
La luz de las galaxias más allá de esa distancia jamás llegará hasta nosotros,<br />
pues se alejan a una velocidad mayor que la velocidad de la luz<br />
Eso es algo que no le cayó nada bien a Einstein<br />
¿Qué es una singularidad, profe?<br />
Es un punto teórico con volumen cero y densidad infinita<br />
Los físicos consideran al Big-Bang como una singularidad; también sería el<br />
caso de los agujeros negros<br />
Los físicos consideran que la expansión del universo es un impulso residual<br />
de la gran explosión, conocida como el “Big Bang”, que creó el cosmos<br />
80
El “Big Bang”, habría sido una singularidad que dio lugar al universo y al<br />
comienzo del espacio y del tiempo<br />
Las ecuaciones de Einstein no tienen una respuesta<br />
única sobre el futuro del universo en expansión,<br />
pues generan soluciones diferentes<br />
Cada solución corresponde a diferentes modelos<br />
de universo; algunos modelos predicen que la expansión<br />
continuará para siempre<br />
Otros, describen el universo como oscilante; es decir, que se expande<br />
porbillones de años y luego se condensa en una pequeña bola de materia;<br />
esa bola iniciará una nueva expansión… y así hasta el infinito<br />
Así terminamos esta clase<br />
81
8<br />
<strong>LA</strong>S FUERZAS<br />
DEL ÁTOMO<br />
La Energía<br />
La energía nos permite describir los fenómenos naturales<br />
Un cuerpo tiene energía cuando puede realizar un trabajo<br />
Esta energía puede ser: energía de movimiento, energía de calor, energía<br />
gravitacional, energía eléctrica, energía química…<br />
Cualquiera que sea su forma, podrá ser empleada para realizar un trabajo<br />
He oído hablar de la energía cinética<br />
y quiero saber qué es<br />
La energía cinética de un cuerpo es la que posee debido a su movimiento<br />
Se la define como el trabajo necesario para acelerar su masa, desde el reposo<br />
hasta la velocidad que se desea<br />
Una piedra arrojada desde una altura genera energía cinética al caer y colisionar<br />
con algún otro objeto o contra el suelo<br />
La energía eléctrica o química puede ser transformada en energía calorífica,<br />
que luego servirá para fines domésticos<br />
En física, la energía se relaciona con algún proceso o actividad<br />
La energía total contenida en un proceso siempre se conserva<br />
Puede que cambie su forma, pero nada se pierde de ella<br />
82
La conservación de la energía es una de las leyes fundamentales de la física<br />
y rige todos los fenómenos naturales conocidos<br />
Dejad que la energía trabaje<br />
La Masa<br />
La masa de un cuerpo es una medición de su peso, esto es, de la atracción<br />
que la gravedad ejerce sobre su cuerpo<br />
También es la medida de su resistencia a la aceleración<br />
Los objetos pesados son más difíciles de acelerar que los objetos ligeros<br />
La teoría de la relatividad, ya lo vimos, dice que la masa es una forma de<br />
energía y puede transformarse en otras formas de energía<br />
Esto sucede cuando las partículas subatómicas colisionan unas con otras;<br />
en estas colisiones las partículas pueden ser destruidas<br />
La energía contenida en sus masas puede transformarse<br />
en energía cinética; el proceso inverso<br />
también se cumple<br />
Cuando las partículas colisionan a velocidades<br />
muy elevadas, su energía cinética puede ser<br />
utilizada para formar las masas de nuevas partículas<br />
83
Por la fórmula de Einstein, sabemos la energía se puede convertir en masa,<br />
del mismo modo que la masa lo hace en energía<br />
Esta conversión es tan común que los físicos miden las masas de las partículas<br />
en unidades de energía<br />
¿Se puede visualizar las partículas subatómicas?<br />
No debemos olvidar que las partículas que componen el átomo, no están<br />
hechas de substancia material alguna; no son “miguitas de pan”<br />
Las partículas subatómicas son modelos de “momentos” que interactúan en<br />
entornos espaciales y temporales<br />
Recordemos que la palabra “momento” se refiere a la masa de una partícula<br />
multiplicada por su velocidad<br />
Nunca vemos ninguna substancia; lo que observamos<br />
son modelos dinámicos que continuamente cambian de<br />
uno a otro: una danza permanente de energía<br />
Su aspecto espacial nos permite visualizarlas como<br />
“objetos con masa”<br />
Visualizamos su aspecto temporal, como procesos que contienen la energía<br />
equivalente<br />
Los físicos afirman que la materia tiene modelos básicos conformadas por<br />
las partículas subatómicas, las que interaccionan perennemente<br />
84
Entender las propiedades e interacciones de estas partículas constituye la<br />
principal finalidad de la física moderna<br />
La mayor parte de las más de doscientas partículas conocidas fueron creadas<br />
artificialmente en procesos de colisión<br />
Los átomos, que conforman las formas de materia existentes, están compuestos<br />
de sólo tres partículas sólidas: el protón, el neutrón y el electrón<br />
Una cuarta partícula, el fotón, no tiene masa y se la usa como la unidad de<br />
radiación electromagnética<br />
Las tres son partículas estables; viven para siempre, excepto cuando participan<br />
de una colisión en la que pueden ser aniquiladas<br />
El Neutrón<br />
El neutrón, por el contrario, puede desintegrarse espontáneamente<br />
9TEl neutrón es un componente del núcleo de los átomos9T<br />
está formado por dos quarks “abajo” y un quark “arriba”<br />
y<br />
El “quark arriba” tiene carga eléctrica +2/3<br />
Los “quarks abajo” tienen cada uno carga eléctrica -1/3, la suma de ambos<br />
valores negativo y positivo hace que carga eléctrica del neutrón sea cero<br />
Cada neutrón está conformado por estos 9Ttres quarks enlazados por gluones9T<br />
(partículas en las que reside la interacción nuclear fuerte)<br />
La masa del neutrón es algo mayor que la del protón<br />
Los neutrones forman, con los protones, los núcleos<br />
atómicos; el neutrón está presente en todos los núcleos<br />
atómicos, excepto el del hidrógeno<br />
85
El neutrón interactúa con los protones mediante la fuerza nuclear fuerte,<br />
pero sin repulsión electromagnética, porque su carga eléctrica es cero<br />
El proceso de esa desintegración recibe el nombre de "emisión beta" y<br />
constituye el causal básico de cierto tipo de radioactividad<br />
Así, el neutrón se transforma en un protón, creando en el proceso, un electrón<br />
y un nuevo tipo de partícula denominada neutrino, que carece de masa<br />
Tal como el protón y el electrón, el neutrino es también estable<br />
La transformación de neutrones en protones tiene lugar en los átomos de<br />
una substancia radioactiva que tienen átomos diferentes<br />
Los electrones creados en esas interacciones son emitidos en forma de una<br />
poderosa radiación utilizada en biología, en la industria y en la medicina<br />
Ya quedó mencionado el hecho de para cada partícula existe una antipartícula<br />
con igual masa, pero de carga opuesta<br />
El fotón es su propia antipartícula, pues no tiene masa<br />
El positrón es la antipartícula del electrón<br />
También el antiprotón, un antineutrón y un antineutrino; la partícula sin<br />
masa creada en la emisión beta, no es un neutrino, sino un antineutrino<br />
¿Cuántas categorías de interacción existen?<br />
De estos procesos deduciríamos la existencia de una infinidad de categorías<br />
que incluirían una infinidad de interacciones<br />
Pero, aunque no se conoce por qué, todas estas interacciones parecen caer<br />
dentro de una de las cuatro categorías siguientes<br />
86
Interacciones fuertes<br />
Interacciones electromagnéticas<br />
Interacciones débiles<br />
Interacciones gravitacionales<br />
Las interacciones electromagnéticas y gravitacionales son las más conocidas,<br />
dado que pueden surgir de experimentos en el mundo macroscópico<br />
La interacción gravitacional actúa también entre las partículas, pero es tan<br />
débil que no puede detectarse experimentalmente<br />
Los efectos de “gravitación” entre las partículas subatómicas serían las interacciones,<br />
que son las formas de existencia de cada partícula<br />
En el mundo macroscópico, el gran número de partículas que componen<br />
los cuerpos sólidos combinan su interacción gravitacional<br />
Recordemos que es de esa interacción de interacciones que se produce la<br />
fuerza de gravedad, fuerza dominante en el macrouniverso<br />
Por su parte, las interacciones electromagnéticas tienen lugar entre todas<br />
las partículas cargadas eléctricamente<br />
Esas interacciones producen las combinaciones químicas y la formación de<br />
todas las estructuras atómicas y moleculares<br />
En resumen: las interacciones fuertes unen los núcleos atómicos<br />
Las interacciones electromagnéticas unen los átomos y las moléculas<br />
y son causadas por el intercambio de fotones sin masa<br />
Ésa es la razón por las que su alcance sea indefinidamente largo,<br />
y sus interacciones eléctricas y magnéticas se perciban en el<br />
mundo entero<br />
Las interacciones gravitacionales vinculan a las estrellas y a las galaxias<br />
87
Esto es, a lo que existe en el macrocosmos<br />
Las interacciones débiles se manifiestan sólo en ciertos tipos de colisiones<br />
y en las desintegraciones de algunas partículas<br />
La emisión beta está sujeta a este tipo de interacción<br />
En cuanto a las interacciones gravitacionales sólo hay hipótesis; una de<br />
ellas postula la existencia de una partícula sin masa, llamada “gravitón”<br />
Las interacciones débiles, tienen un alcance extremadamente corto con<br />
relación a las interacciones fuertes<br />
La que sería la fuente de donde proviene la gravedad<br />
Hay un conjunto de teorías que, a su vez, han hecho posible<br />
una teoría de campo unificada para las interacciones<br />
electromagnéticas y débiles<br />
En las colisiones de alta energía las interacciones fuertes, electromagnéticas<br />
y débiles se combinan para producir una serie de interacciones<br />
En estos procesos, las partículas iniciales que colisionan pueden destruirse<br />
y, al mismo tiempo, crear partículas nuevas que colisionan nuevamente<br />
Pero al destruirse, crean otras partículas o se desintegran para formar, al<br />
final de los procesos, las partículas estables que permanecen siempre<br />
En los procesos descritos, sólo las partículas cargadas eléctricamente producen<br />
estelas en la cámara de burbujas<br />
Las partículas cargadas positivamente están unidas por campos magnéticos<br />
en el sentido de las agujas del reloj<br />
Los campos magnéticos de las cargas negativas tienen la dirección opuesta<br />
Los físicos quedan admirados con lo que observan<br />
88
Los fenómenos naturales que suceden en nuestro entorno no tienen el poder<br />
suficiente para la creación de partículas sólidas a partir de la energía<br />
En estas interacciones, la creación de materia es bastante extraña,<br />
pues interviene un fotón sin masa, pero con gran energía; esa energía<br />
no es visible en la cámara de burbujas; súbitamente, el fotón sin masa<br />
explota y genera un par de partículas cargadas eléctricamente: un<br />
electrón y un positrón; estas colisiones son generadas artificialmente<br />
en el laboratorio, mediante los aceleradores de partículas<br />
En el macrocosmos la situación es diferente; en los centros de las estrellas<br />
Hay colisiones parecidas a las que se producen en los laboratorios<br />
Las estrellas crean cantidades colosales de partículas subatómicas<br />
En algunas estrellas se produce una radiación electromagnética potente,<br />
en forma de ondas de radio, ondas de luz o rayos X<br />
Ése es el material que constituye la principal fuente de información que<br />
tienen los astrónomos sobre el universo<br />
El espacio entre las estrellas y el existente entre las galaxias, están llenos<br />
de radiaciones electromagnéticas de diversas frecuencias<br />
Esto es, de fotones con varias energías, pero éstas no son las únicas partículas<br />
que viajan por el cosmos<br />
¿A qué se denomina rayos cósmicos?<br />
Son partículas cargadas que caen a la Tierra; al parecer la tierra recibe<br />
1000 partículas por metro cuadrado, cada segundo<br />
89
Los rayos cósmicos provienen, en su mayoría, de las Supernovas de nuestra<br />
galaxia y están conformados por un 90% de protones<br />
Por otro lado, el sol es también una fuente de rayos cósmicos<br />
Cada segundo, el viento solar lanza, un promedio de 300 mil toneladas de<br />
gas ionizado que sopla como un viento que envuelve el sistema solar<br />
La existencia del viento solar fue predicha en 1958 por Eugene Parker de<br />
la Universidad de Chicago; los físicos pudieron observar ese fenómeno<br />
Los rayos cósmicos con más energía en sus partículas surgen en otras galaxias,<br />
de agujeros negros, pulsares y otros similares<br />
¿Y las auroras?<br />
Son fenómenos especiales y se producen debido a que los rayos cósmicos<br />
no se propagan en línea recta<br />
Estos rayos cósmicos poseen carga eléctrica y sus trayectorias son afectadas<br />
por el campo magnético de la Tierra<br />
Cuando estos "rayos cósmicos", altamente energéticos, llegan a la atmósfera<br />
de la Tierra, colisionan con los núcleos de las moléculas de aire<br />
El confinamiento de esas partículas cargadas da origen a la emisión de luz<br />
en la atmósfera polar<br />
La luz así emitida se llama aurora boreal o aurora austral, es un espectáculo<br />
maravilloso que ha fascinado a la humanidad desde épocas remotas<br />
Un protón que llegue desde el cosmos a la atmósfera de la Tierra puede<br />
dar origen a toda una serie de sucesos<br />
90
La energía cinética se transformará en una lluvia de partículas absorbida a<br />
medida que penetra en el aire, experimentando varias colisiones<br />
Un continuo flujo de energía pasa por una gran variedad de modelos de<br />
partículas, en una danza de creación y destrucción, en una danza cósmica<br />
Los procesos de creación y destrucción en el mundo de las partículas sobrepasan<br />
a las que pueden ser fotografiados en la cámara de burbujas<br />
Al expresar su asombro ante estos movimientos de creación y destrucción<br />
incesantes, los sabios llegan a conclusiones increíbles<br />
Toda partícula subatómica no sólo realiza una danza de energía, sino que al<br />
mismo tiempo es en sí misma una danza de energía<br />
Un proceso perenne y pulsante de creación y destrucción<br />
Por la Ley de la Relatividad, la energía utilizada en<br />
la emisión y absorción de partículas virtuales es<br />
equivalente a una cierta cantidad de masa<br />
Esa masa contribuye a la masa de la partícula con la que interactúa; por<br />
ello es que partículas diferentes tienen modelos diferentes de danza<br />
Cada una necesita variadas cantidades de energía, lo que hace que todas y<br />
cada tengan diferentes masas<br />
Las Partículas Virtuales son una parte esencial de las interacciones y de las<br />
propiedades de la mayor parte de ellas<br />
Como las demás, son creadas y destruidas en los procesos de interacción<br />
El mundo subatómico es de ritmo, movimiento y cambio continuo, pero no<br />
es en absoluto arbitrario y caótico; sigue patrones claros y definidos<br />
91
Todas las partículas de una especie dada son idénticas entre sí<br />
Tienen exactamente la misma masa, la misma carga eléctrica y otras propiedades<br />
que las identifican<br />
Además, todas las partículas cargadas transportan cargas eléctricas exactamente<br />
iguales (u opuestas) a la del electrón<br />
-Profe, ahora el enigma y un ejemplo de la palabra bella<br />
Va el enigma<br />
En una caminata ¿cuál es el paso más corto?<br />
(Silencio)<br />
-el primero<br />
(¿…?)<br />
-hagan la prueba, observen cómo el primer paso recorre una distancia,<br />
digamos de 70 cm el segundo paso debe igualar al primero, es decir recorrer<br />
los 70 cm y para avanzar debe recorrer otros 70 cm y así con los demás<br />
Estas pequeñas observaciones nos sirven en el proceso de percibir con<br />
mayor probabilidad intuitiva los secretos del mundo físico<br />
(Los alumnos hicieron la prueba y se convencieron de que el primer paso,<br />
siendo el más importante, es el más pequeño)<br />
Las leyendas y los mitos griegos son muy lindos<br />
Vayamos a la Caja de Pandora<br />
Es muy posible que la mayoría de ustedes conozca este mito, pero, al final<br />
añadiremos algo que será un desafío colectivo<br />
92
En Trabajos y días, Hesíodo indica que los hombres habían vivido hasta entonces<br />
libres de fatigas y males, porque no había mujeres<br />
Pandora habría sido la primera Mujer en la Mitología Griega; la tradición<br />
cuenta que fue creada por orden de Zeus, «para castigar a los hombres»<br />
Zeus ordenó a Hefestos, el dios del fuego, que modelara una imagen de arcilla<br />
y que le concediera vida<br />
Debía tener la figura semejante a la belleza de las musas<br />
Mandó que Afrodita le otorgara gracia y sensualidad; Atenea le daría el dominio<br />
de las artes del telar<br />
Hermes le imbuiría la mentira, la seducción, un carácter inconstante y una<br />
curiosidad incontrolable<br />
Todo, para hacer de ella una especie de mal, pero bello<br />
Un don que los hombres se alegraran al recibirlo, sin saber, supuestamente<br />
que recibían un sinnúmero de desgracias<br />
Por orden del iracundo Zeus, Hefestos entregó a Pandora una jarra para que<br />
la hiciera llegar a su hermano, Apuñeteo<br />
Le recomendó, muy especialmente, que no la abriera<br />
Sabía que Pandora, por curiosidad, haría lo contrario<br />
Efectivamente, Pandora no puede vencer su curiosidad y abre la jarra<br />
Ésta contenía todos los males que desde entonces se desparramaron por el<br />
mundo<br />
El ánfora se cerró justo antes de que la Esperanza, que estaba en el fondo,<br />
fuera liberada<br />
Me gustaría preguntarles qué cosas extrañas encuentran en el Mito de Pandora<br />
93
-es extraño que hubiera una época en la que, supuestamente, no había<br />
mujeres<br />
-los hombres, que vivían en paz, al parecer, no tenían curiosidad de nada<br />
-Zeus era un dictador<br />
-el mito de Pandora es algo machista<br />
-sí; es muy posible que la moraleja del Mito de Pandora trate de poner<br />
de relieve la curiosidad femenina<br />
-¿Alguien más?...<br />
-(¿…?)<br />
El Mito de Pandora nos motiva a lanzar una pregunta urgente<br />
¿Consideraban los griegos que la Esperanza era un mal, para que estuviera<br />
junto con los otros males?<br />
Por otra parte, se supone se queda encerrada para siempre en la famosa<br />
caja y que el ser humano ya no tendría esperanza alguna<br />
94
9<br />
<strong>LA</strong>S SIMETRÍAS<br />
El Spin<br />
La mayoría de las partículas parecen girar en torno a un eje<br />
Esa especie de rotación o espín está limitada a valores definidos,<br />
que son múltiplos enteros de alguna unidad<br />
La Tabla Periódica<br />
Las partículas existen en grupos, en “familias”<br />
Al clasificar estas partículas en conjuntos se descubrió que no tienen valores<br />
arbitrarios; al contrario, están sujetas a un número concreto<br />
Esto permite la ordenación de las partículas en unos cuantos grupos diferenciados<br />
entre sí o "familias de partículas"<br />
Al igual que las partículas subatómicas, los átomos de una clase determinada<br />
también son completamente idénticos entre sí<br />
Por eso fue posible que los tipos de átomos que conforman los elementos<br />
químicos, fueron ordenados en grupos dentro de “La Tabla Periódica”<br />
La clasificación se basa en el número de protones y neutrones que cada<br />
clase de átomo tiene en el núcleo y en la distribución de sus electrones<br />
También muestran que dos átomos serán idénticos cuando ambos estén en<br />
su "estado básico" o en el mismo "estado de excitación" que ya vimos<br />
Los modelos del mundo de las partículas muestran grandes similitudes con<br />
los esquemas del mundo de los átomos<br />
95
¿Qué es un objeto en la física moderna?<br />
En la física clásica un objeto era un conjunto definido de "partes componentes",<br />
pero ahora no puede ser aplicada a las partículas subatómicas<br />
Para conocer los "componentes" de estas partículas, los físicos las desintegran,<br />
bombardeándolas en procesos de colisión con altas energías<br />
No obstante, al hacer esto, lo repetimos, los fragmentos resultantes nunca<br />
son "trozos más pequeños" que las partículas originales<br />
Por ejemplo, dos protones al colisionar entre sí, pueden desintegrarse en<br />
una gran variedad de fragmentos, pero nunca darán "fracciones de protón"<br />
La descomposición de una partícula en sus "componentes" no es algo definitivo,<br />
dado que depende de la energía contenida la colisión<br />
Estamos en una situación totalmente relativista, en la que los patrones de<br />
energía dinámica son disueltos y reordenados<br />
El concepto estático de objetos compuestos y partes componentes ya no<br />
puede ser aplicado<br />
La "estructura" de una partícula subatómica puede entenderse sólo en un<br />
sentido dinámico; en términos de procesos e interacciones.<br />
La forma en que las partículas se desintegran en fragmentos en los procesos<br />
de colisión está determinada por reglas<br />
Los fragmentos son partículas del mismo tipo, por lo que las reglas pueden<br />
emplearse para describir las regularidades en esas partículas<br />
96
Modelos de Cambio<br />
Uno de los mayores desafíos que la física cuántica enfrenta, se refiere<br />
a las razones por las que existen simetrías en el mundo<br />
subatómico<br />
El desafío incluye la necesidad de tomar en cuenta, simultáneamente, la<br />
teoría cuántica y la teoría de la relatividad<br />
Los patrones seguidos por las partículas parecen reflejar su "naturaleza<br />
cuántica", dado que similares patrones se dan en el mundo de los átomos<br />
Pero en la física de las partículas, estos modelos no pueden ser explicados<br />
como modelos de onda, en el marco de la teoría cuántica<br />
Las energías son tan elevadas que exigen aplicar la teoría de la relatividad<br />
Sólo una teoría "cuántico-relativista" de las partículas, podría explicar las<br />
simetrías observadas y pronosticar adecuadamente los comportamientos<br />
La teoría del campo cuántico fue el primer modelo de este tipo; describió<br />
las interacciones electromagnéticas entre los electrones y los fotones<br />
A pesar de ello, resultó mucho menos apropiada para describir las partículas<br />
vinculadas por una interacción fuerte<br />
Los físicos decidieron que para entender esos procesos era necesario contar<br />
con nuevos modelos de matemáticas<br />
Únicamente las nuevas matemáticas, por medio de sus ecuaciones, podrían<br />
describir de un modo dinámico la gran variedad de modelos<br />
Estas "reacciones entre partículas", son esenciales de las interacciones<br />
fuertes y necesitan ser explicados por un modelo cuántico-relativista<br />
97
¿Qué es la Simetría, profe?<br />
Una partícula es simétrica si luego de una interacción con otra, mantiene la<br />
forma y propiedades que tenía antes de la interacción<br />
La simetría se aplica a las partículas, a los grupos de partículas y a las interacciones<br />
que lleva a cabo<br />
Estas interacciones de simetría son útiles, porque están íntimamente relacionadas<br />
con las llamadas "leyes de conservación"<br />
Cualquier proceso en el mundo de las partículas sucede con algún grado<br />
de simetría y genera una cantidad que "se conserva"<br />
Esa cantidad permanece inalterable durante el proceso y proporciona<br />
elementos constantes a la vibrante danza de la materia subatómica<br />
Por ello son ideales para describir las interacciones entre las partículas<br />
Las simetrías que se dan en las propiedades de las partículas aparecen<br />
como leyes de conservación en sus interacciones<br />
Los físicos utilizan ambos conceptos como sinónimos, refiriéndose unas<br />
veces a “la simetría de un proceso” y otras a “la ley de conservación”<br />
Lo hacen según sea lo más conveniente en cada caso particular<br />
¿Qué es la Ley de la Conservación?<br />
Todas las interacciones entre partículas son simétricas con<br />
relación a sus desplazamientos en el espacio<br />
98
16TUn16T 16Tquark16T<br />
te16T<br />
Los q16Tuarks16T 16Tse combinan para formar16T 16Tpartículas compues-<br />
16Thadrones16T, las16T estables16T 16Tde los cuales son16T protones y<br />
tas16T 16Tllamados16T<br />
más<br />
16Tlos<br />
Es decir, tendrán el mismo aspecto, indistintamente del lugar en el que<br />
sucedió la interacción correspondiente<br />
También son simétricas con respecto a sus desplazamientos en el tiempo<br />
La simetría en el espacio está relacionada con la conservación del momento,<br />
la simetría en el tiempo, con la conservación de la energía.<br />
El momento y la energía total de las partículas en una interacción, incluyendo<br />
sus masas, será el mismo antes y después de la interacción<br />
La tercera simetría básica se define con relación a la orientación espacial<br />
En una colisión de partículas, no hay diferencia si las partículas colisionantes<br />
se aproximan una a la otra en un eje orientado norte-sur o este-oeste<br />
Por esta simetría, la cantidad total de rotación en un proceso, que incluye<br />
los espines de las partículas individuales, se conserva permanentemente<br />
Por último, tenemos la conservación de la carga eléctrica<br />
En este caso, el funcionamiento de la simetría es más complicado, pero en<br />
su formulación como ley de conservación es muy simple<br />
La carga total transportada por todas las partículas contenidas en una interacción<br />
permanece siempre constante<br />
Queremos saber qué son los quarks<br />
es 16Tuna partícula elemental16T 16Ty,<br />
16Tfundamental de la materia<br />
a<br />
su vez,16T 16Tun<br />
componen-<br />
los16T 16Tneutrones16T<br />
99
29TPlanck29T,<br />
16Tlos<br />
nú-<br />
Recordemos que los protones y neutrones son 16Tlos componentes16T<br />
cleos atómicos16T<br />
16Tde los<br />
16TDebido a16T 16Tun fenómeno conocido como16T “16Tconfinamiento16T 16Tde<br />
quarks 16Tno16T 16Tse observan16T 16Tdirectamente<br />
color”16T,<br />
los<br />
P16Tor esta razón16T, gran parte de 16Tlo que se conoce16T 16Tacerca de16T quarks16T 16Tse<br />
ha16T 16Testablecido16T 16Ta partir de observaciones16T 16Tindirectas de otras partículas<br />
En su obra, “Historia del Tiempo”, Hawking, al referirse a estas nuevas<br />
partículas, hizo una analogía con las muñecas rusas o 8Tmatrioskas<br />
8TC8Tada muñeca contiene a otra más pequeña…, así sucesivamente, hasta llegar<br />
a la última más pequeña; pero lo quarks no son indefinidos<br />
Si el proceso siguiera indefinidamente, la partícula tendría una cantidad de<br />
energía tan enorme que ya habría destruido el espacio-tiempo<br />
¿Podemos saber que es la Constante de Planck?<br />
El límite de la energía es la 29Tconstante29T 29Tde29T un valor numérico<br />
fijo que aparece en las ecuaciones de física cuántica<br />
El valor es tan diminuto que, si una partícula tuviera un tamaño más pequeño<br />
que ese valor, colapsaría sobre sí; eso es lo que se creyó<br />
Pero hay modernas teorías que permiten analizar regiones aún más pequeñas<br />
y que son otros modelos de física, tal como la 29Teoría de Cuerdas<br />
Abordaremos el tema de la Teoría de Cuerdas un poco más adelante<br />
Los quarks estarían unidos por fuerzas de atracción muy grandes<br />
El esquema quark continúa siendo eficiente para explicar las regularidades<br />
halladas en el mundo de las partículas<br />
En el modelo original de Gel-Mann, todos los hadrones podrían estar constituidos<br />
por tres clases de quarks y sus respectivos antiquarks<br />
100
Los Colores, el Encanto y el Sabor<br />
A pesar de ello, los físicos han tenido que postular quarks adicionales para<br />
explicar la gran variedad de patrones<br />
La primera extensión de este modelo, determinó que cada quark apareciera<br />
en tres variedades diferentes, o "colores"<br />
El término “color” es un vocablo cuyo significado no guarda relación alguna<br />
con la definición real de lo que es un color<br />
La introducción del “color” aumentó el número total de quarks a nueve;<br />
luego se postuló un quark adicional, que aparecía en tres colores<br />
Este nuevo quark fue denominado "charm" (encanto) lo que elevó el número<br />
total de quarks a doce: cuatro clases, cada una de ellas en tres colores<br />
Cuando se hizo necesario distinguir los tipos de quarks de los diferentes<br />
colores, los físicos no tardaron en introducir un término para ello<br />
Ese término fue "sabor"; ahora hay quarks de diferentes colores y sabores,<br />
tal como los helados en las heladerías; todo figurado por supuesto<br />
¿Y la Matriz-S?<br />
Fue una propuesta hecha por Heisenberg en 1932 y desarrollada desde<br />
entonces a partir de estructuras matemáticas<br />
La matriz-S parece muy adecuada para describir las interacciones fuertes y<br />
se refiere a los procesos de “colisión o dispersión"<br />
101
En la teoría de la Matriz-S, el énfasis pasa de los objetos a los sucesos<br />
El objeto principal no son las partículas, sino sus reacciones<br />
La teoría cuántica ha dejado claro que una partícula subatómica puede ser<br />
entendida sólo en una interacción entre varios procesos de medición<br />
No es un objeto aislado, sino más bien un acontecimiento, un suceso, que<br />
se interrelaciona con otros sucesos de un modo particular<br />
En palabras de Heisenberg:<br />
(En la física moderna) hemos dividido el mundo no en diferentes grupos<br />
de objetos, sino en grupos distintos de conexiones... Lo que podemos distinguir<br />
es el tipo de conexión más importante para un cierto fenómeno...<br />
De este modo el mundo aparece como una complicada telaraña de sucesos,<br />
donde conexiones de diferentes especies se alternan, se trasladan o se<br />
combinan, determinando así la textura de la totalidad.<br />
La teoría de la relatividad obliga a concebir las partículas en términos espaciotemporales,<br />
es decir, como modelos cuatridimensionales<br />
También como procesos más que como objetos; el enfoque de la matriz-S<br />
combina estos dos puntos de vista en uno solo<br />
Cada reacción incluye partículas que las une a otras reacciones, edificando<br />
de este modo toda una red de procesos sobre la base de las interacciones<br />
Así, las reacciones entre las partículas representan un flujo de energía en<br />
el cual se crean y se disuelven partículas<br />
Son fenómenos tan efímeros que los físicos se mostraron poco dispuestos a<br />
clasificarlos como partículas<br />
Al presente, la identificación de sus propiedades es un desafío y una de las<br />
mayores tareas de la física experimental de las energías altas<br />
Todas las partículas son consideradas como estados intermedios de una<br />
red de reacciones<br />
102
En la teoría de la matriz-S, al igual que en la teoría del campo, las fuerzas<br />
de interacción están asociadas con las partículas<br />
Las fuerzas de interacción nos permiten deducir que todas las partículas<br />
conocidas deben tener algún tipo de estructura interna<br />
Sólo así podrán relacionarse con el observador y ser detectadas<br />
Geoffrey Chew, uno de los principales constructores de la teoría de la matriz-S<br />
dice al respecto<br />
"… el simple conocimiento de la existencia de una partícula, implica que<br />
la partícula posee estructura interna.<br />
El desafío actual de la teoría de la matriz-S, es explicar las simetrías que<br />
dan origen a los modelos de interacción y a las leyes de conservación<br />
¿A qué se refieren las variables locales?<br />
En la física clásica, la probabilidad se emplea cuando se desconocen<br />
detalles implícitos en un fenómeno<br />
Por ejemplo, cuando tiramos los dados, podríamos en principio, predecir<br />
el resultado, si conociésemos todos los detalles mecánicos de la operación<br />
La composición exacta de los dados, de la superficie sobre la que caen…<br />
Estos detalles reciben el nombre de Variables Locales porque están dentro<br />
de los objetos implicados<br />
En la física subatómica las variables locales están representadas por conexiones,<br />
a través de señales, entre eventos separados espacialmente<br />
Se creía que ninguna señal podía transmitirse más rápidamente que la velocidad<br />
de la luz; pero hay nuevos descubrimientos en las conexiones<br />
103
Estos descubrimientos encontraron “Las Variables no Locales”<br />
Las Variables No-locales<br />
No son conexiones locales; más bien son conexiones instantáneas<br />
y no pueden predecirse, en el momento actual,<br />
ni aún con un modelo matemático<br />
Estas conexiones no locales son consideradas por algunos físicos como la<br />
misma esencia de la realidad cuántica<br />
En la teoría cuántica los fenómenos individuales no siempre tienen una<br />
causa bien definida; v. g, el salto de un electrón de una órbita a otra<br />
También la desintegración de una partícula subatómica puede ocurrir de<br />
forma espontánea, sin causa alguna que los provoque<br />
No es posible predecir cuándo y cómo va a suceder tal fenómeno; todo lo<br />
que se predice es la probabilidad de que suceda<br />
Pero es preciso anotar que los sucesos atómicos no ocurren de una manera<br />
arbitraria, aunque no son provocados, necesariamente, por causas locales<br />
El comportamiento de cualquier parte está determinado por sus conexiones<br />
no locales con el conjunto<br />
Dado que los físicos no conocen estas conexiones con precisión, tienen<br />
que sustituir el estrecho concepto clásico de causa y efecto<br />
Ahora, las leyes de la física atómica son leyes estadísticas<br />
¿Algo más antes de terminar la clase?<br />
-sí profe, nos gustaría tratar de resolver otro acertijo del pensamiento lateral<br />
-aquí va<br />
¿Qué es aquello que no se mueve, pero penetra tu cuerpo<br />
no llega a tu alma porque es gran amigo del hielo?<br />
104
(Los alumnos van proponiendo soluciones y, simultáneamente, ellos mismos<br />
las descartan, en el marco del pensamiento lateral)<br />
-el aliento de un dragón<br />
-el soplo de un murciélago inmenso<br />
-el veneno de una víbora<br />
-los rayos cósmicos<br />
-una triste noticia, aunque no es necesariamente amiga del hielo<br />
-un pensamiento tridimensional<br />
-creo que debe ser algo que entra con el aire, necesariamente<br />
-siendo amigo del hielo, debe ser algo helado<br />
-no lo vemos y es amigo del hielo, por lo tanto, lo único que puede reunir<br />
los requerimientos anotados, sería el frío<br />
Ésa es la respuesta y la obtuvieron tal como el pensamiento lateral dispone:<br />
compartir las ideas y empezar por las más absurdas; recuerden que los<br />
físicos consideran absurdas las respuestas que les da la naturaleza cuando<br />
le preguntan algo; el pensamiento lateral les servirá a ustedes para familiarizarse<br />
con el absurdo como punto de partido y de allí arribar a una solución<br />
lógica.<br />
En lo que se refiere a la belleza de la palabra, voy a citarles dos fragmentos<br />
de la obra de William Shakespeare “Julio César”<br />
Luis Astrana Marín tradujo todas las obras de Shakespeare, las que fueron<br />
publicadas por la Casa Editora “Aguilar” y las que son mis preferidas<br />
Algunos personajes de la obra creen que Julio César tiene la intención de<br />
proclamarse Dictador, por lo que conspiran para matarlo<br />
Se trata ahora de justificar el crimen<br />
Bruto, el líder de la confabulación, se dirige a la multitud que rodea el<br />
cuerpo asesinado de Julio César para explicar el porqué del hecho<br />
105
Les recomiendo que pongan atención a la belleza del lenguaje, aun tratándose<br />
de una traducción de la obra, desde su idioma original<br />
Un ciudadano dice: el noble Bruto ha subido a la tribuna ¡Silencio!<br />
(Bruto toma la palabra)<br />
Oídme defender mi causa y guardad silencio para que podáis oírme<br />
Si hubiese en esta Asamblea alguien que profesara entrañable amistad a César,<br />
a él le digo que el afecto de Bruto por César no era menos que el suyo<br />
Si esa persona preguntara porqué Bruto se alzó contra César, esta es mi contestación:<br />
“no porque amaba a César menos, sino porque amaba a Roma más<br />
¿Preferirías que César viviera y vivir todos esclavos a que esté muerto César y<br />
todos vivir libres?<br />
Porque César me apreciaba, le lloro; porque fue afortunado le celebro; como<br />
valiente le honro pero, por ambicioso, lo mato<br />
Lágrimas hay para su afecto; júbilo para su fortuna; honra para su valor,<br />
muerte para su ambición<br />
¿Quién hay aquí tan abyecto que quera ser esclavo? ¡Si hay alguien, que hable,<br />
pues a él he ofendido!<br />
¿Quién hay aquí tan estúpido que no quiera ser romano?<br />
¡Si hay alguno que hable pues a él he ofendido! ¿Quién hay aquí tal vil que no<br />
ame a su patria? ¡Si hay alguien, que hable, pues a él he ofendido<br />
Todos responden: ¡Nadie Bruto, nadie!<br />
Entonces a nadie he ofendido ¡No he hecho con César sino lo que vosotros<br />
haríais con Bruto; los motivos de su muerte están escritos en el Capitolio;<br />
su gloria no se amengua en cuanto la merecía, ni se exageran sus ofensas<br />
por las cuales ha sufrido la muerte<br />
106
(En ese momento aparece Marco Antonio ayudando a traer el cuerpo de<br />
Julio Cesar)<br />
Bruto dice:<br />
Aquí llega su cuerpo que, doliente, trae Marco Antonio, quien, aunque no<br />
tomó parte en su muerte, percibirá los beneficios de ella, o sea, su puesto<br />
en la República<br />
Me despido; al igual que he muerto a mi mejor amigo por la salvación de<br />
Roma, tengo el mismo puñal para mí, cuando plazca a mi patria, necesitar<br />
mi muerte<br />
(Todos)<br />
¡Viva Bruto! ¡Viva, viva! Conduzcámoslo hasta su casa<br />
Bruto les dice: queridos compatriotas, dejadme marchar solo y, en obsequio<br />
mío quedaos aquí con Antonio; honrad el cadáver de César y escuchad la<br />
apología<br />
(Se quedan y murmuran: lo mejor sería que no hablara mal de Bruto)<br />
Marco Antonio habla:<br />
¡Amigos romanos, compatriotas, prestadme atención!<br />
¡Vengo a inhumar a César, no a ensalzarlo<br />
¡El mal que hacen los hombres les sobrevive!<br />
¡El bien queda sepultado con sus huesos!<br />
(En ese momento, el profe calla; los alumnos le piden que continúe con el<br />
discurso de Marco Antonio, entonces el profe les dice)<br />
Para averiguarlo, no tienen más que ir a las Obras Completas de Shakespeare,<br />
traducción de Luis Astrana, Editorial Aguilar (La clase termina)<br />
107
10<br />
<strong>LA</strong> MAGIA CÓSMICA<br />
Mientras que las variables ocultas en la física clásica son mecanismos locales,<br />
las de la física cuántica son no-locales<br />
Son conexiones instantáneas con el universo y en el universo<br />
Es necesario insistir en el hecho de que uno de los fenómenos<br />
más sorprendentes de las partículas subatómicas<br />
es que se pueden relacionar entre ellas a grandes<br />
distancias y de manera instantánea<br />
Las conexiones no locales se hacen instantáneamente entre dos partículas,<br />
independientemente de la distancia que las separa<br />
A medida que la observación se orienta hacia dimensiones subatómicas, la<br />
influencia de las conexiones no locales se hace más fuerte<br />
Cada vez se hace más difícil separar cualquier parte del universo de su<br />
propia totalidad<br />
La existencia de conexiones no locales, y el papel fundamental jugado por<br />
la probabilidad, fue algo que Einstein nunca pudo aceptar<br />
Einstein creía en la existencia de Variables Locales Ocultas<br />
En su debate con Bohr en la década de 1920, Einstein expresó su oposición<br />
a la interpretación de Bohr sobre la teoría cuántica con su frase:<br />
"Dios no juega a los dados con el universo"<br />
Finalizado el debate, Einstein admitió que la teoría cuántica, defendida por<br />
Bohr y Heisenberg, formaba un sistema de pensamiento consistente<br />
108
¿Qué hay del experimento EPR y las variables ocultas?<br />
En una intención adicional de mostrar que la interpretación<br />
de Bohr sobre la teoría cuántica era incongruente, Einstein<br />
ideó un experimento<br />
Fue conocido, como el experimento Einstein Podolskv-Rosen (EPR)<br />
Se intentaba medir, simultáneamente, el momento y la posición de una partícula<br />
sin observarla directamente, para no contaminar el resultado<br />
En 1935 Albert Einstein postulaba que objetos del universo están influidos<br />
sólo por su entorno más próximo, o bien por ‘variables ocultas’<br />
Según su percepción, esas “variables ocultas” las relacionarían si los objetos<br />
sujetos al experimento estuvieran más lejos<br />
Einstein no aceptaba el hecho de que dos objetos muy distanciados pudieran<br />
comunicarse entre sí de forma instantánea<br />
Fiel a su teoría, afirmaba que no podía haber transmisión alguna de información<br />
a velocidades superiores a la de luz.<br />
En 1964, John Bell propuso demostrar que el planteamiento cuántico está<br />
en lo cierto, que las variables ocultas de Einstein no existen<br />
Los experimentos fueron realizados con dos electrones separados más de<br />
un kilómetro en el campus de su universidad<br />
Los resultados mostraron la existencia de una conexión invisible e instantánea,<br />
es decir, se demostraron que la transferencia inmediata es real<br />
¿Los electrones se entrelazan?<br />
109
El experimento del que hablamos en el capítulo anterior entrelazó dos<br />
electrones atrapados en dos diamantes<br />
Cada uno estaba alejado del otro por una distancia de 1280 m<br />
Registraron la orientación de su spin y descubrieron que el entrelazamiento<br />
es una propiedad cuántica que “pone de acuerdo’ a las partículas”<br />
Fue imposible que hubieran tenido “orientaciones preestablecidas”, como<br />
Einstein había sugerido<br />
No hubo tiempo para que los electrones pudiesen transmitir información<br />
entre ellos, ni siquiera con una señal viajando a la velocidad de la luz<br />
Esto puso en duda el denominado "realismo local" de Einstein<br />
Creía que dos objetos alejados no podían interactuar entre sí; solamente<br />
podrían hacerlo en forma individual con su entorno inmediato<br />
A pesar de la opinión de Einstein, las orientaciones de los electrones estudiados<br />
son reales<br />
Estas partículas se han comunicado de alguna manera, y lo han hecho a una<br />
velocidad mayor que la luz<br />
Por ejemplo, la cantidad de espín es siempre la misma, pero el electrón<br />
puede girar en sentido de las agujas del reloj o, al contrario<br />
¿De qué trataba el experimento EPR?<br />
Una vez entendido el comportamiento del espín del electrón, podemos<br />
examinar el experimento EPR y el teorema de Bell<br />
110
En el experimento intervienen dos electrones rotando en<br />
direcciones opuestas, para que su espín total sea cero<br />
Las direcciones de los espines individuales no se conocen<br />
con seguridad, pero el espín combinado de ambos electrones<br />
es definitivamente cero<br />
Ahora, supongamos que estas dos partículas son impulsadas por separado<br />
A medida que se alejan en direcciones opuestas, su espín combinado seguirá<br />
siendo cero, no importa la distancia<br />
Dicen que las partículas pueden comunicarse instantáneamente,<br />
sin importar las distancias<br />
Un aspecto importante del experimento es el hecho de que la distancia entre<br />
las dos partículas puede ser extraordinariamente grande<br />
Una partícula puede estar en América y la otra en Europa; inclusive, una en<br />
nuestro planeta y la otra en la Luna<br />
Supongamos ahora que el espín de la partícula A es medido a lo largo de<br />
un eje vertical y lo percibimos "arriba"<br />
Dado que el espín combinado de las dos partículas es cero, esta medición<br />
nos dice que el espín de la partícula B debe estar "abajo"<br />
Así pues, al medir el espín de la partícula A, obtenemos una medición indirecta<br />
del espín de la partícula B sin perturbar ninguna partícula<br />
El aspecto complementario del experimento EPR es que el observador es<br />
libre de elegir el eje de medición sin transformarlo<br />
Al lograr una transformación en una partícula observa el efecto en la otra<br />
111
La teoría cuántica establece que las rotaciones de los dos electrones alrededor<br />
de cualquier eje serán siempre opuestas<br />
Una vez que el observador elija un eje determinado y realizado la medición,<br />
este acto dará a ambas partículas un eje determinado de rotación<br />
El punto crucial es que podemos elegir nuestro eje de medición en el último<br />
minuto, cuando los electrones están ya muy separados<br />
Realizada la medición sobre la partícula A, la partícula B, que puede estar<br />
muy alejada, adquirirá un espín definido a lo largo del eje<br />
Dicen que las partículas pueden comunicarse como los<br />
enamorados<br />
¿Cómo sabe la partícula B qué eje hemos escogido? no existe el tiempo<br />
para que reciba esa información mediante ninguna señal convencional.<br />
Este es el punto clave del experimento EPR, y en lo que Einstein difería<br />
Según Einstein, ninguna medición efectuada en un electrón puede determinar<br />
instantáneamente la dirección del espín del otro electrón<br />
Consecuente con su teoría, afirmaba que ninguna señal podía viajar a mayor<br />
velocidad que la de la luz<br />
Sería imposible que la medición en un electrón determinara instantáneamente<br />
la dirección del espín del otro electrón a miles de kilómetros<br />
Por su parte, Bohr postula que el sistema bi-partícula forma un todo indivisible,<br />
aunque estas partículas se hallen separadas por una gran distancia<br />
Aunque los dos electrones estén muy separados en el espacio,<br />
estarán unidos por conexiones instantáneas no-locales<br />
112
Ese todo no puede ser analizado en términos de partes independientes<br />
Estas conexiones no son señales en el sentido de Einstein; trascienden<br />
nuestras ideas convencionales sobre la transferencia de información<br />
El teorema de Bell apoya la postura de Bohr y refuta a la de Einstein<br />
El teorema de Bell demuestra que el universo está fundamentalmente interconectado,<br />
que es interdependiente e inseparable<br />
¿Algún otro problema adicional con el fenómeno de entrelazamiento<br />
a grandes distancias?<br />
Uno de los problemas por resolver es la unificación de la teoría cuántica y<br />
la teoría general de la relatividad, en una teoría cuántica de la gravedad<br />
Queda claro que los progresos realizados en las teorías de la "supergravedad"<br />
pueden representar un paso hacia la solución de este problema<br />
Estas teorías han venido a sustituir la idea de las partículas, como objetos<br />
básicos, por el concepto mucho más sutil de los campos cuánticos<br />
No obstante, tratan también con entidades básicas, por lo que, en cierto<br />
sentido, son teorías semiclásicas<br />
Teorías que no manifiestan la naturaleza cuántico-relativista de la materia<br />
subatómica en toda su extensión<br />
El bosón de Higgs<br />
El bosón de Higgs es una partícula que permite conocer el mecanismo por<br />
el cual se originan la masa de las partículas elementales<br />
Es la partícula asociada al “campo de Higgs”, campo continuo que se extiende<br />
por el espacio formado por incontables bosones de Higgs<br />
113
La masa de las partículas sería el resultado de una "fricción" con el campo<br />
de Higgs: las partículas con una mayor fricción tendrán una masa mayor<br />
Los físicos teóricos afirman que el bosón de Higgs era<br />
la pieza que faltaba por descubrir en el Modelo Estándar<br />
de Física de Partículas<br />
Es precios anotar que el Modelo Estándar de la Física de Partículas es la<br />
teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones<br />
Antes del bosón de Higgs, no se podía explicar el origen de la masa<br />
Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente: si el electrón no tuviera<br />
masa no habría átomos y la materia no existiría<br />
El bosón de Higgs no puede ser observado directamente, ya que su proceso<br />
de desintegración es inmediato<br />
El bosón es producido en aceleradores de partículas y reconstruido a partir<br />
de las partículas producidas en su desintegración<br />
Según la ecuación de Einstein, la energía y la masa pueden transformarse<br />
entre sí, por lo que se construyeron aceleradores más poderosos<br />
El objetivo de esos aceleradores fue producir partículas más pesadas<br />
Después de varias décadas de investigación, en 2012 se anunció del descubrimiento<br />
de la nueva partícula pronosticada por el bosón de Higgs<br />
Esta nueva partícula tiene 134 veces la masa del protón y es el bosón (partícula<br />
portadora de fuerza) más pesado observado hasta ahora<br />
El descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC ha tenido una extraordinaria<br />
repercusión, que va más allá de las fronteras de la física<br />
El hallazgo sería uno de los más importantes de las últimas décadas, por<br />
méritos de los Nobel en 2013: Peter Higgs, François Englert y el CERN.<br />
114
¿Qué es el LHC?<br />
Es el Gran Colisionador de Hadrones, al que se lo conoce por LHC, debido<br />
a las siglas en inglés de: Large Hadron Collider<br />
Es el mayor acelerador de partículas del mundo<br />
Tiene un túnel de 27 km de circunferencia<br />
Fue diseñado para colisionar conjuntos de protones y establecer la validez<br />
y límites del Modelo Estándar, marco teórico de la física de partículas<br />
En los experimentos, los físicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas<br />
CERN, hacen chocar entre sí partículas subatómicas<br />
Principalmente protones, que son uno de los nucleones del átomo; las colisiones<br />
se dan en puntos seleccionados donde se ubican detectores<br />
Dentro del Colisionador los protones son acelerados en sentidos opuestos<br />
hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz<br />
Luego se los hace chocar entre sí<br />
La colisión produce energías muy grandes y permiten simular algunos<br />
eventos ocurridos inmediatamente después del Big Bang<br />
Luego se lo hace enfriar hasta 2 grados por encima del cero absoluto, esto<br />
es, -271.15 grados Celcio<br />
La temperatura del cero absoluto es -273.15<br />
Los físicos realizan estudios sobre los modos en que se produce el bosón<br />
de Higgs en el LHC y cómo se desintegra en otras partículas más ligeras<br />
115
Aproximadamente solo en una de cada billón de colisiones del LHC se<br />
puede llegar a producir un bosón de Higgs<br />
¿Qué es el Pentaquark?<br />
Es una nueva forma de materia descubierta en 2015, por el laboratorio europeo<br />
de física de partículas CERN<br />
Habían descubierto una nueva partícula: el pentaquark cuyo nombre deriva<br />
del hecho de estar compuesto de cinco partículas fundamentales.<br />
A nivel subatómico, la materia se organiza de diferentes maneras<br />
Los protones y los neutrones, por ejemplo, están formados por tres quarks<br />
Otro tipo de estructura identifica a los mesones, formados por pares de<br />
quarks hechos de materia y antimateria<br />
Más allá de estas dos categorías, se sabía que la materia podía estar compuesta<br />
de otras variantes no observadas<br />
El experimento permite encontrar una nueva variante formada de cuatro<br />
quarks de materia convencional y un antiquark, hecho de antimateria<br />
Guy Wilkinson nos hace saber que vieron un pico en las gráficas muy parecido<br />
al que se veía cuando el bosón de Higgs fuera descubierto<br />
Hasta el momento, las propiedades de la partícula descubierta parecen<br />
compatibles con las predicciones del Modelo Estándar<br />
Cierto que aún es pronto para descartar otras teorías como supe simetría<br />
que predice la existencia no de uno, sino de varios bosones de Higgs<br />
En cualquier caso, el descubrimiento abre una nueva puerta a la comprensión<br />
de otras preguntas fundamentales de la Física<br />
116
Otro hallazgo importante fue el de la Teoría de Cuerdas es uno de los modelos<br />
más importantes de la física teórica actual<br />
¿Qué les parece la Física Cuántica? ¿Creen que algún día uno o varios de<br />
ustedes se dedicarán a la Física Cuántica o a la Astrofísica?<br />
-yo pienso ser Físico Cuántico<br />
-yo seré Astrofísica algún día<br />
(Varios alumnos expresan su deseo de ser, algún día, los continuadores de<br />
Hawking, Einstein, Borh, Heisenberg…)<br />
Queridos alumnos, ahora pasaremos a resolver algunos problemas que<br />
Edward Bono, el creador del pensamiento lateral, nos plantea<br />
Para esto, es necesario que dividamos el curso en 5 grupos de cuatro<br />
(Los alumnos conforman los cinco grupos)<br />
Fíjense en las siguientes figuras geométricas: ¿Qué ven?<br />
1<br />
+<br />
1 ¡Un Cuadrado!<br />
2<br />
Ahora tratemos con las siguientes figuras<br />
1 2 + 3<br />
117
Esta vez los grupos tardan menos en llegar a la solución<br />
De tal manera que todos muestran el resultado<br />
1 2 3 ¡Un Rectángulo!<br />
Como de costumbre, lo hicieron muy bien; en las próximas clases seguiremos<br />
la resolución de problemas planteados por Edward Bono<br />
-Profe: falta la palabra bella<br />
En el mar de las orillas sin fin, las aguas son azules de hierro, las olas se encabritan<br />
ante la fuerza terrible de algún cuázar<br />
Un témpano de fuego barloventa a sotavento; contravira la inminente zozobra;<br />
no hay llamas que se prendan de llamas, su fuego es quedo de rojo<br />
Con la textura de la espuma del acero; todas las tempestades huracanan en<br />
sus órbitas; el tifón de los mares danza con el simún del desierto<br />
El corazón del cosmos late, late una esperanza, cuando libre al viento<br />
De pronto, una gotita de agua anuncia su presencia en el maremagnun de<br />
fuerza y de Misterio: ¡Es una lágrima…!<br />
¡Es una lágrima! de gratitud lanzada por algún humano en proceso<br />
Clarísima brilla en la tormenta de las olas infinitas<br />
El corazón del Cosmos palpita; Cada pálpito crea un nuevo universo<br />
¡Una lágrima en el centro del Cosmos!<br />
El témpano llora como un diamante de fuego<br />
Díganme: ¿Aparte del lenguaje, encuentran un sentido al párrafo?<br />
118
-sí, profe; es la expresión de extrañeza que los humanos sienten al encontrar<br />
un corazón sincero<br />
No hay nada que hacer: ustedes son lo máximo<br />
11<br />
<strong>LA</strong> TEORÍA DE CUERDAS<br />
La teoría de cuerdas surgió a finales de los 60; sólo llamó la atención de<br />
unos pocos y nadie la tomó en serio<br />
Pero desde los 80, se ha hecho cada vez más conocida y más aceptable en<br />
el mundo académico de la Física Moderna, o cuántica, que es lo mismo<br />
El modelo estándar, que es el nombre del esquema de la física actual, sigue<br />
planteando muchos interrogantes<br />
La teoría de cuerdas parece dar algunas respuestas<br />
El problema es que, con los medios de que se dispone, es imposible comprobar<br />
la teoría, por lo que no todos los científicos la aceptan<br />
Existen diversas teorías sobre la naturaleza y funcionamiento del Cosmos<br />
La teoría de cuerdas postula que las partículas más<br />
más pequeñas son filamentos de energía; una especie<br />
de cuerdas que vibran<br />
Cada tipo de vibración produciría un tipo u otro de<br />
partícula<br />
119
Esas vibraciones tendrían cualidades distintas, tal como las vibraciones de<br />
las cuerdas de un chelo, que producen distintas notas<br />
Las cuerdas serían muchísimo más pequeñas que un quark, por eso no sería<br />
posible observarlas directamente<br />
Pero pueden ser deducidas matemáticamente<br />
Hoy se cree que la materia del universo no está hecha de pequeñas partículas,<br />
sino que está formada de pequeñísimas cuerdas<br />
Las partículas de materia serían cuerdas muy pequeñas<br />
De acuerdo con esta teoría, el electrón no es un punto, más bien es<br />
una cuerda en forma de lazo que vibra y se desplaza de un sitio a otro<br />
La vibración de la cuerda nos permitiría ver un electrón, un mesón un<br />
quark, o cualquier otra partícula<br />
Las notas emitidas por la cuerda variarían en función de la frecuencia de<br />
vibración, al igual que la vibración de una la cuerda musical<br />
Con la teoría de cuerdas se espera lograr una teoría unificadora de todas<br />
las teorías de la física del universo<br />
Sería la teoría del todo; por lo que la teoría de las cuerdas debía explicar<br />
primero el nacimiento del universo<br />
Esta teoría termina con el concepto clásico del punto-partícula<br />
Ahora, queridos alumnos, haré una digresión muy importante<br />
Hay ocasiones en que las teorías de los filósofos antiguos nos llenan de una<br />
sensación muy sólida de asombro y de curiosidad<br />
Por ejemplo, la teoría de cuerda actual, tiene un antecedente en la percepción<br />
de un gran filósofo-matemático griego que ustedes conocen muy bien<br />
120
10TSe trata de Pitágoras 10T(573-496) ustedes conocen el famoso teorema: el cuadrado<br />
de la hipotenusa es igual a la suma del cuadrado de sus catetos<br />
Según Protágoras La Naturaleza estaría escrita en números; el 10 era el<br />
número perfecto; habría 10 cuerpos alrededor del fuego central<br />
(Sin duda el sistema planetario)<br />
Deducía que debía existir otro fuego, la Anti-Tierra que<br />
sugiere el de la anti-materia de la Física actual<br />
De las relaciones matemáticas y la escala musical dedujo la “música de las<br />
esferas», sonidos que serían emitidos por los cuerpos celestes<br />
La armonía del Universo consistiría en el orden de los cuerpos celestes separados<br />
por intervalos armónicos, unos de los otros<br />
Estos intervalos eran equivalentes a los de las cuerdas armónicas de los<br />
instrumentos musicales<br />
10TNo hay necesidad de insistir en la semejanza de una visión actual, la teoría<br />
de cuerdas, y una de hace 2500 años, sobre “la música de las esferas”<br />
La teoría de cuerdas postula que una cuerda puede moverse<br />
y puede oscilar de diferentes maneras<br />
Si oscilara de cierta manera, entonces identificaríamos, v.g,<br />
un electrón; si oscilara de otro modo, veríamos un fotón o un quark<br />
La teoría fue ampliada con la de las “Supercuerdas” o la Teoría M, cuyo<br />
postulado también se aleja de la concepción punto-partícula<br />
Jöel Scherk y John Henry Shwarz publicaron, en 1974, un artículo audaz<br />
121
Postularon que una teoría basada en objetos unidimensionales o "cuerdas"<br />
en lugar de partículas puntuales, podía describir la fuerza gravitatoria<br />
Es una de las teorías que ofrece mayores expectativas de unificar las cuatro<br />
grandes fuerzas de la Naturaleza<br />
¿Qué dice la Teoría de las Supercuerdas?<br />
La teoría de súper cuerdas es un esquema teórico que intenta<br />
integrar todas las partículas y fuerzas de la naturaleza en una sola teoría<br />
Modela las partículas y campos físicos como vibraciones de delgadas<br />
cuerdas súpersimétricas<br />
Esas cuerdas se mueven en un espacio-tiempo de más de 4 dimensiones<br />
La teoría de las súpercuerdas comprende cinco teorías de cuerdas combinadas,<br />
más la Supersimetría<br />
La “teoría de cuerdas” y la de “súper cuerdas” se usan indistintamente<br />
Lo importante es el postulado de que las partículas son cuerdas que vibran<br />
en una resonancia dentro de la frecuencia de la longitud de Planck<br />
En esas dimensiones, el gravitón sería una cuerda con spin y una masa nula<br />
Ya se ha podido probar que varias de estas formulaciones son equivalentes<br />
y tras todas ellas podría existir una teoría unificada o Teoría del Todo<br />
¿Qué sería entonces, la Súpersimetría?<br />
La Súpersimetría postula la existencia de pares de partículas<br />
gemelas<br />
122
Dado que se cree que las cuatro fuerzas estuvieron unidas al comienzo del<br />
universo, la súpersimetría intenta explicar el porqué de la separación<br />
Por eso es que forma parte de la Teoría del Todo<br />
La teoría postula que a cada partícula le corresponde una compañera supersimétrica;<br />
por ejemplo, un bosón tendría como simétrica al fermión<br />
Las partículas supersimétricas de los fermiones serían bosones y reciben<br />
nombres que comienzan con la letra s<br />
La súper compañera del electrón sería el selectrón, y los quarks tendrían a<br />
los squarks<br />
Las super compañeras de los bosones son fermiones con nombres que<br />
terminan en -ino, así la del fotón es el fotino y la del gravitón, el gravitino<br />
Los físicos teóricos dicen que algunas partículas supersimétricas, como el<br />
neutralino, podrían explicar la existencia de la materia oscura del universo<br />
La Teoría de la gran unificación y de la Teoría de supercuerdas, asumen los<br />
principios de las supercuerdas y por ello, con las supersimétricas<br />
Según el modelo estándar de la física de partículas, la materia está formada<br />
por fermiones (a su vez divididos en quarks y leptones)<br />
Las partículas que transmiten las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza<br />
serían los bosones<br />
Algunas partículas supersimétricas, como el neutralino, podrían explicar la<br />
existencia de la materia oscura del universo<br />
Por otra parte, la mayoría de las teorías postula que la Teoría de la gran<br />
unificación y de la Teoría de supercuerdas, son supersimétricas<br />
A pesar de los argumentos teóricos, hasta ahora no se ha podido demostrar<br />
experimentalmente que la supersimetría exista en la naturaleza<br />
123
49TNo se<br />
ha observado aún ninguna super compañera de alguna partícula<br />
La Teoría M<br />
Las cinco teorías de cuerdas y super cuerdas serían casoslímite<br />
particulares de esta teoría unificada, a la que se conoce<br />
como Teoría M<br />
Postula que cierta vibración de cuerdas daría lugar a una partícula llamada<br />
gravitón, que sería la responsable de la gravedad<br />
De esta forma unificaría la gravedad con las otras fuerzas de la naturaleza,<br />
algo que hasta ahora el modelo estándar no ha podido lograr<br />
Las cuerdas más grandes formarían una especie de membranas o branas;<br />
cada membrana sería un universo<br />
El choque entre dos branas produciría un nuevo Big Bang y, como resultado,<br />
un nuevo universo; el nuestro sería sólo uno entre muchos<br />
No habría comienzo ni final, sino ciclos entre un big bang y el siguiente<br />
La teoría postula la existencia de 10 dimensiones espaciales y una temporal,<br />
las que estarían en las propias cuerdas, y por eso no las percibiríamos<br />
Arthur Eddington decía que el mundo no sólo es más extraño de lo que<br />
imaginamos, es, incluso, más extraño de lo que podemos llegar a imaginar<br />
La teoría-M admite también branas de dimensión superior o "p-branas"<br />
Se moverían en un espacio matemático que<br />
postula una dimensión temporal, tres dimensiones<br />
espaciales ordinarias y siete dimensiones<br />
compactadas<br />
124
Todas son inobservables en la práctica; pero los físicos teóricos dicen que<br />
la teoría p-branas puede explicar la existencia de universos paralelos<br />
Vimos que una simetría es una propiedad física o matemática de un sistema<br />
que es preservado después de una transformación<br />
La Teoría M intenta explicar, a la vez, todas las partículas subatómicas y<br />
unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza<br />
La teoría concibe el universo como conjuntos de cuerdas vibrantes y es<br />
una versión de la teoría de cuerdas que incorpora la super simetría<br />
Lo dijimos ya, el principal problema de la física actual es incorporar la<br />
gravedad al resto de las fuerzas físicas ya unificadas<br />
La teoría de las super cuerdas podría unir las teorías<br />
¿Qué dice la teoría del Agujero de Gusano?<br />
Los físicos cuánticos tienen un gran sentido del humor,<br />
ya lo comprobamos en el uso de sabor, color, encanto<br />
para diferenciar a las familias de partículas<br />
El nombre de agujero de gusano fue propuesto en 1957, por el físico teórico<br />
estadounidense John Wheeler y se deriva de una analogía<br />
Supongamos que el universo es la cáscara de una manzana y un gusano<br />
peregrina sobre su superficie<br />
La distancia de un punto de la manzana a su antípoda es igual a la mitad de<br />
la circunferencia de la manzana<br />
Si el gusano cavara un agujero directamente a través de la manzana, la distancia<br />
que tendría que recorrer sería mucho menor<br />
Los agujeros de gusano conectarían una posición de un universo con otra<br />
posición del mismo universo en un tiempo diferente<br />
125
Lo harían debido al doblamiento del universo<br />
De esta manera se podría viajar entre ellas en un tiempo mucho menor que<br />
el que tomaría hacer el viaje a través del espacio normal<br />
Los agujeros de gusano que asocian un universo con otro diferente, se denominan<br />
«agujeros de gusano de Schwarzschild»<br />
Quizá en el futuro los agujeros de gusano puedan ser<br />
utilizados para viajar de un universo a otro paralelo<br />
Otra aplicación de un agujero de gusano podría ser el<br />
viaje en el tiempo<br />
Sería un atajo para desplazarse de un punto espaciotemporal a otro<br />
19TLa Teoría del Todo<br />
En la corriente principal de la física actual, la Teoría del Todo tiene como<br />
objetivo unificar todas las interacciones fundamentales de la naturaleza<br />
Recordemos que son cuatro: fuerza gravitacional, fuerza nuclear fuerte,<br />
fuerza nuclear débil y la electromágnetica<br />
El electromagnetismo y la fuerza débil parecen distinguirse a bajas energías<br />
porque las partículas traen fuerzas débiles<br />
Los bosones W y Z tienen masa, mientras que el fotón que trae la fuerza<br />
electromagnética, no la tiene<br />
Cuando la energía es alta, los bosones W y Z pueden crear masa fácilmente<br />
y la naturaleza unificada de las fuerzas parece emerger<br />
Además de las fuerzas citadas, la cosmología requiere una fuerza inflacionaria,<br />
energía oscura y también materia oscura<br />
Esas formas que se encuentran en el universo están compuestas de partículas<br />
fundamentales fuera de la escena del modelo estándar<br />
126
Materia Oscura<br />
A mediados del siglo XIX John C. Adams y Urbain<br />
Le Verrier, coincidieron en identificar la<br />
existencia de un fenómeno extraño<br />
El movimiento del planeta Urano no seguía las leyes de Newton<br />
Para explicarlo, postularon la existencia de un planeta nunca visto, capaz<br />
de "perturbar" el movimiento de Urano con su atracción gravitatoria.<br />
En 1846 Johann G. Galle y Louis d'Arrest, pudieron observarlo<br />
Era el planeta Neptuno<br />
Neptuno era real, pero había sido una masa invisible cuya presencia sólo<br />
se infería debido a su fuerza de gravedad que afectaba a otros planetas<br />
Al parecer, los hallazgos no vienen solos; no vienen de uno en uno<br />
Para explicar las variaciones de la órbita de Mercurio, en 1860 Le Verrier<br />
propuso la existencia de otro planeta entre el Sol y Mercurio<br />
El objeto estelar se llamó "Vulcano, pero nadie pudo confirmar esas observaciones,<br />
y la existencia de Vulcano siguió siendo un misterio<br />
A pesar de todo, en 1916, el movimiento anómalo de Mercurio quedó explicado<br />
con la Relatividad General<br />
Mercurio está muy cerca del Sol y por eso la gravitación newtoneana no es<br />
exacta; Vulcano dejó de ser objeto de interés<br />
¿Alguna pregunta?<br />
Vayamos a los problemas planteados por Bono<br />
Tenemos el rectángulo conformado por las figaras 1, 2, 3<br />
127
¿Qué figura nos daría si al rectángulo le sumamos las figuras 4 y 5?<br />
Los grupos comienzan con la tarea; finalmente, llegan a la respuesta<br />
Un paralelogramo<br />
Pero declaran que no pueden establecer cuál es la figura resultante<br />
El profesor les cita el comentario de Bono<br />
Cada nueva información se incorpora a los distintos modelos existentes, de<br />
manera análoga a como se procedió con los primeros ejercicios<br />
128
Pero llega un momento en que no es posible continuar admitiendo información<br />
si es que no se reestructura el modelo en cuestión<br />
Es preciso modificar el modelo antiguo, no obstante, su demostrada efectividad,<br />
y proceder a una nueva ordenación<br />
Ustedes no podían llegar al resultado, debido a que no sabían que había la<br />
posibilidad de cambiar la figura a un paralelogramo<br />
Muchos problemas que debemos resolver en la vida real, nos obligan no<br />
sólo a tomar lo que nos dan sino lo que podemos cambiar<br />
Ahora vayamos a la palabra bella<br />
Es la niebla hirviente de un verano asfixiado; los espejos se levantan, los remolinos<br />
se desbordan<br />
La tempestad urge el rugido inicial del fuego; del fuego que avanza<br />
Llamas titilantes devoran en hambre, que al devorar aumentan la amenaza<br />
Implacable es el hacha que corta el aire en rebanadas<br />
Pústula sobre pústula convierten los siglos en gelatina trémula<br />
Pálidos de asombro quedan los universos, por el vértigo con que la ira se<br />
vuelve llama, convocando una a una, otra hoguera a otra hoguera<br />
Es hora de temblar y hasta el mismo volcán, señor de los magmas, se cobija<br />
en su propia lava<br />
Cristal de barro, cristal de barro es hora de trepidar<br />
El terremoto en el centro de la Tierra se refugia en su propia fuerza<br />
Cristal de barro, cristal de barro<br />
129
Crujen las vértebras de los milenios, ruge el rugido que brota del granizo<br />
borboteando fuego<br />
¿Alguien podría interpretar el significado de esas líneas?<br />
-puede ser un anuncio del fin del mundo<br />
-estoy de acuerdo, pues anuncia la amenaza que se cierne sobre la humanidad<br />
por los grandes agravios que hace al planeta<br />
Lo dije y lo repito: ustedes son un ejemplo de estudiantes<br />
12<br />
OTROS HAL<strong>LA</strong>ZGOS<br />
La Materia Oscura<br />
A principios del siglo XX los físicos teóricos sugirieron que hay mucha más<br />
materia en el universo de la que se puede detectar<br />
En 1932, el holandés Jan Ort nota que las estrellas de nuestra galaxia, la Vía<br />
Láctea, se mueven más rápido de lo que deberían<br />
Luego de las estimaciones respectivas, dedujeron que la masa "real" de<br />
nuestra galaxia sería el doble de la que vemos<br />
Pocos años después, se obtienen resultados similares estudiando la rotación<br />
de una galaxia vecina, Messier 31, la gran espiral de Andrómeda<br />
Casi al mismo tiempo, Franz Zwicky mide las velocidades y los brillos de<br />
galaxias y encuentra velocidades demasiado altas<br />
Fue entonces que postuló la existencia de grandes cantidades de "masa<br />
faltante", que superaría a la materia visible en una proporción de 50 a 1<br />
130
A partir de los ’70 el fenómeno se reitera<br />
En general, al medir la masa de galaxias o grupos de galaxias, utilizando la<br />
ley de gravitación, se obtienen valores muy superiores a los “normales”<br />
Esto ocurre para toda clase de galaxias<br />
La teoría más adecuada para explicar el fenómeno es la existencia de “materia<br />
oscura” la que no puede observarse por ningún medio<br />
La “Materia Oscura” puede ser hasta 200 veces mayor que la visible"<br />
Un grupo de científicos del Observatorio Astronómico de La Plata, liderados<br />
por el Dr. Juan C. Forte, observaron algo también extraño<br />
La luminosidad de una galaxia muy conocida, es en realidad entre dos y<br />
tres veces mayor que lo aceptado hasta entonces<br />
Para explicar el fenómeno, algunas teorías plantean que a grandes distancias<br />
la gravedad no se comporta tal como conocemos<br />
Se sabe que en nuestra galaxia existen nubes de polvo interestelar que<br />
bloquean la luz de las estrellas, formando regiones oscuras<br />
Pero esto no es "materia oscura"; el polvo se detecta, precisamente, por el<br />
modo en que afecta a la luz de las estrellas<br />
Tampoco sería correcto referirse al fenómeno como "materia invisible";<br />
por ejemplo, el gas estelar, que en su mayoría es hidrógeno neutro<br />
Ese gas, invisible a los telescopios ópticos, emite ondas de radio detectables<br />
con radiotelescopios<br />
Actualmente se dispone de instrumentos capaces de detectar materia que<br />
emita desde ondas de radio hasta rayos gamma<br />
La Materia oscura no puede ser observarla con luz visible y con ninguno de<br />
los tipos de radiación electromagnética<br />
131
Hay dos percepciones sobre lo que es la materia oscura o faltante<br />
La primera postula que está constituida por materia común y corriente, pero<br />
en formas aún no detectables<br />
La segunda: propone tomarla como algún tipo de materia no convencional,<br />
por lo que no emite ni absorbe luz, ni alguna otra radiación detectable<br />
Cuando se intenta evaluar globalmente el Universo, las teorías cosmológicas<br />
más aceptadas no encajan con la densidad de materia observada<br />
Los físicos admiten que sólo el 1% de la masa del Universo es visible<br />
La gran mayoría del universo no es visible y se ignora la organización interna<br />
de sus partículas elementales<br />
Los físicos habían declarado que los movimientos de las estrellas eran muy<br />
pequeños como para participar de una expansión generalizada<br />
Por otro lado, el universo era considerado como una gran galaxia que contenía<br />
todas las estrellas y nebulosas existentes<br />
Einstein percibe un universo que contiene una cantidad finita de materia y<br />
es estático; para ese propósito postuló la Constante Cosmológica<br />
Dijo que era necesario para hacer posible una distribución de materia cuasi<br />
estática, tal como requieren las pequeñas velocidades de las estrellas<br />
Esta constante contrarresta la atracción gravitatoria que ejercen materia y<br />
radiación, como una fuerza gravitatoria repulsiva<br />
Alexander Fridman, en 1922, fue el que resolvió las ecuaciones cosmológicas<br />
de Einstein obteniendo un posible universo en expansión<br />
Einstein criticó el trabajo de Fridman, y aunque pronto reconoció que el<br />
equivocado era él, no pensó que fueran útiles para explicar el Universo<br />
132
En 1927, el clérigo-físico, Georges Lemaître llegó a conclusiones similares<br />
a las de Alexander Fridman<br />
Pero se tendría que esperar los resultados del estudio de las velocidades y<br />
recesiones de las galaxias de Edwin Hubble<br />
En el año 1929 demostró que el Universo está en expansión<br />
Einstein abandonó la constante cosmológica, y se refirió a ella como "la<br />
mayor pifia de su vida"<br />
La Teoría del Big Bang se basó en la expansión cósmica de Hubble<br />
La expansión de universo se frena por la atracción gravitatoria de toda la<br />
materia en el Universo.<br />
Si la densidad supera un cierto valor crítico, la expansión se frenará y el<br />
Universo colapsará<br />
Pero, si la densidad es igual o menor a ese valor, la expansión durará por<br />
siempre; el valor crítico en cuestión es extraordinariamente pequeño<br />
Esa densidad sería de 6 átomos de hidrógeno por metro cúbico<br />
Estudios actuales establecen que la constante implica una fuerza repulsiva,<br />
de origen desconocido, capaz de acelerar la expansión del Universo<br />
Las mediciones de supernovas lejanas parecen confirmar la aceleración<br />
Para reafirmar la posibilidad de una expansión del universo, recordemos<br />
la relación entre energía y masa establecida por la teoría de la relatividad<br />
Esta fuerza, ya sea que provenga de la constante cosmológica o de otro<br />
origen, jugaría un papel similar al de la materia oscura<br />
Los físicos la denominaron "energía oscura"<br />
133
La Energía Oscura<br />
La NASA estaba enfrascada en la tarea de calcular la edad del universo y<br />
trazar la curvatura del espacio; de pronto se encontró con algo extraño<br />
Estimó que apenas el 4,6 % del universo está compuesto por átomos, mientras<br />
que un 23,3% es materia oscura y el otro 72.1% es energía oscura<br />
Así, el universo que se expande todo el tiempo, podría tener la energía<br />
suficiente como para detener su expansión y volver a colapsar<br />
Por otra parte, podría tener una densidad de energía tan reducida, que le<br />
permitiría expandirse por siempre<br />
Pero la gravedad tendría que retardar el proceso la expansión<br />
Eso haría reducir la velocidad de expansión el universo<br />
Pero nada confirma que la haya reducido<br />
Toda la materia que se encuentra en el universo es atrapada y mantenida<br />
en conjunto por la gravedad, que la atrae y la mantiene unida<br />
Pero en 1998, el Telescopio Espacial Hubble encontró un nuevo misterio<br />
espacial: las supernovas se expandían con mucha más lentitud que hoy<br />
Esto es, en lugar de que la expansión se frenara, a consecuencia de la gravedad,<br />
el universo se ha estado expandiendo con mayor velocidad<br />
Nadie supo cómo explicarlo: los científicos anunciaron que la aceleración<br />
cósmica se debía a la existencia de una “energía oscura”<br />
El total de esa energía ocuparía casi el 75% del universo, pero no se sabe,<br />
al igual que la materia oscura, cuál es la organización de sus partículas<br />
De acuerdo con los efectos que provoca en el universo se sabe que afecta<br />
directamente a la expansión del universo, haciéndola más veloz<br />
Una de las principales teorías postula que, tal como lo vimos, el vacío no es<br />
vacío; al contrario, está lleno de fuerzas electromagnéticas<br />
134
A ser este espacio una propiedad misma del universo, la energía oscura no<br />
desaparece a medida que el universo se expande<br />
Mientras más espacio-tiempo se genera, más de esta peculiar energía aparece<br />
y el universo comienza a expandirse cada vez más rápido<br />
La Paradoja de Olbers<br />
La paradoja de Olbers muestra una contradicción aparente: el cielo nocturno<br />
es negro, siendo el Universo infinito y pleno de estrellas<br />
Cada vez que miramos al cielo nocturno debería terminar en una estrella;<br />
por tanto, el cielo debería ser completamente brillante<br />
Pero, como la naturaleza hace lo que quiere, hace también que durante la<br />
noche veamos que el cielo que hay entre las estrellas es negro<br />
En la década de 1820 Wilhelm Olbers se ocupó del asunto que se pronunció<br />
sobre la aparente paradoja; pero ya había antecedentes<br />
A principios del siglo XVII, Johannes Kepler utilizó la paradoja para respaldar<br />
la idea de que el Universo es infinito<br />
En 1715, el Edmund Halley propuso que el cielo no brilla uniformemente<br />
en la noche, porque las estrellas no están distribuidas de manera uniforme<br />
Lo anunció así, aun partiendo de la teoría de que el Universo es infinito<br />
Jean-Philippe Loys de Chéseaux también tomo en serio la paradoja, la estudió<br />
debidamente, basándose en el trabajo de Halley<br />
Chéseaux analizó la paradoja en 1743<br />
Propuso dos opciones: el universo no era infinito o bien la intensidad de la<br />
luz disminuía rápidamente con la distancia<br />
En la propuesta dejó entrever que podría haber material absorbente, todavía<br />
desconocido, presente en el espacio.<br />
135
En 1823 Olbers postuló que el cielo era oscuro de noche porque algo en el<br />
espacio bloqueaba gran parte de la luz estelar que debía llegar a la Tierra<br />
Los científicos actuales decidieron rechazar la propuesta de Olbers porque<br />
la materia, bloqueadora de la luz, se calentaría<br />
Con el tiempo irradiaría tanto brillo como las estrellas<br />
El estudio de la paradoja quedó olvidado por más de 100 años<br />
En 1948, Hermann Bondi declaró que la expansión del Universo provocaba<br />
que la luz percibida desde la lejanía fuera rojiza<br />
Por lo tanto, portaba menor energía en cada fotón o partícula de luz<br />
Esta solución es igualmente válida para la teoría del Big Bang.<br />
Durante los ‘60 Edward Harrison solucionó la paradoja de Olbers<br />
Harrison mostró que el cielo es oscuro de noche porque nosotros no vemos<br />
las estrellas que están infinitamente lejos<br />
Sobre la base de la teoría conocida de que la luz tarda cierto tiempo en<br />
alcanzar la Tierra, mirar lejos en el espacio es como mirar en el pasado<br />
Quedó establecido que no podíamos ver la luz de las estrellas lejanas,<br />
porque todavía no ha alcanzado la Tierra<br />
También se determinó que, a pesar de edad del universo, las estrellas no<br />
han emitido energía suficiente para hacer que el cielo nocturno brille<br />
Sabemos que todas las partículas de intercambio son bosones, mientras<br />
que las partículas origen de la interacción son fermiones<br />
La Teoría del Big Bang<br />
La Teoría dice que el Big Bang es el momento en el que de la nada surge el<br />
universo, con su materia y su energía<br />
El origen del Big-Bang habría sido un punto de densidad infinita que "explota"<br />
expandiéndose a medida que crea el Tiempo-Espacio<br />
136
Los físicos teóricos han reeditado lo sucedido desde una centésima de segundo<br />
después del gran estallido<br />
La materia estaba constituid por partículas elementales, tales como electrones,<br />
Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones<br />
Y todas las partículas conocidas hoy y por conocer mañana<br />
Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los<br />
productos primarios del Big Bang<br />
Los elementos más pesados se habrían producido después, dentro de las<br />
estrellas, siguiendo la siguiente cronología virtual<br />
Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en<br />
estrellas y en galaxias<br />
Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble<br />
Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó<br />
enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos -270 °C<br />
Los vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por<br />
los radioastrónomos en 1965, confirmando la teoría del Big Bang<br />
Uno de los grandes problemas científicos sin resolver en el modelo del<br />
Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado<br />
Es decir: si se expandirá indefinidamente o se volverá a contraer<br />
Fue, precisamente, en esta búsqueda que surgió la teoría de la Materia y<br />
de la Energía oscuras<br />
Una teoría más reciente, la teoría inflacionaria, brinda algunas respuestas a<br />
las varias preguntas que plantea el el Big Bang<br />
Algunas respuestas llegaron a la conclusión de que podría haber infinitos<br />
universos, producidos por otros tantos Big Bangs<br />
137
Teorías Alternativas<br />
Esta teoría encuentra el siguiente problema con el Big Bang:<br />
El estado de la materia en la época de la explosión era tan diferente, que<br />
su estudio no permitiría aplicar las leyes físicas normales<br />
Otro de los aspectos que convocó la atención de los físicos fue el grado de<br />
uniformidad observado en el Universo<br />
Si el Big Bang fuera cierto, el Universo se habría expandido con demasiada<br />
rapidez para desarrollar esta uniformidad<br />
De acuerdo con el Big Bang, la expansión del universo sería cada vez más<br />
lenta, algo que la teoría inflacionaria desmiente<br />
Según la teoría inflacionaria, la velocidad de expansión se acelera y la distancia<br />
entre cuerpos estelares se hace mayor progresivamente<br />
La velocidad del distanciamiento superaría a la velocidad de la luz; pero lo<br />
haría sin salir de la norma de la teoría de la relatividad<br />
De esta manera, la uniformidad del universo visible se debería a la velocidad<br />
con que se expande<br />
Al inicio, los objetos estelares que lo constituían estaban tan cerca unos de<br />
otros, que tenían una densidad y temperatura similares<br />
La Teoría Inflacionaria<br />
Andrei Linde introdujo, en 1982, la hipótesis del universo inflacionario<br />
Basó su hipótesis sobre el hecho de que la inflación es algo que surge de<br />
forma natural en muchas teorías de partículas elementales<br />
No toma en cuenta ningún efecto gravitatorio, ni de transiciones de fase, ni<br />
de un super enfriamiento ni de un super calentamiento inicial<br />
La teoría sostiene que el universo debe ser plano, porque la densidad de<br />
materia guarda relación directa con su velocidad de expansión<br />
138
Otra de las propuestas de la teoría inflacionaria se relaciona con las perturbaciones<br />
de densidad producidas durante el proceso de inflación<br />
Se trata de perturbaciones de la distribución de materia en el universo, las<br />
que podrían venir acompañadas de ondas gravitacionales<br />
Surgió entonces una nueva percepción; en 1981, Alan H. Guth planteó la<br />
posibilidad de que un universo caliente en estado intermedio<br />
Así, el universo podría expandirse de forma exponencial<br />
Todo esto habría ocurrido cuando el universo se encontraba en estado<br />
inestable de súper enfriamiento, común a las transiciones de fase<br />
Por ejemplo, en condiciones adecuadas el agua se mantiene líquida por<br />
debajo de cero grados, aunque el agua súper enfriada termina congelada.<br />
Con esto terminamos la clase de hoy y llega la hora de ir con Bono otra vez<br />
¿Qué figura se puede formar con la combinación de las siguientes?<br />
139
Las comisiones de alumnos se reúnen y empieza la búsqueda; finalmente,<br />
llegan a la siguiente solución<br />
Creemos que el cuadrado de la izquierda es supefluo y lo eliminamos<br />
Me llena de satisfacción que tomen la iniciativa y que los diferentes equipos<br />
no se pusieron a competir, sino a complementarse mutuamente<br />
Vi que intercambiaban ideas para comprobar si lo que hacía cada equipo<br />
llevaba a un resultado satisfactorio<br />
De esta manera, el trabajo fue el resultado de una interacción admirable,<br />
no sólo entre alumnos, sino, lo más importante, entre equipos<br />
Ahora la palabra bella<br />
Los relámpagos que tatúan el celeste hecho-negro<br />
se cobijan en la feroz ternura que les ofrece el acero<br />
El vértigo se arremolina en el fondo del abismo<br />
sobre la espuma roja donde la muerte danza<br />
El hombre hecho Hombre, incólume<br />
cruza, impertérrito, el impenetrable abismo<br />
¡Miradlo! hecho de luz, de carbón y de fuego<br />
140
va, sereno y seguro en busca de su destino<br />
¡Miradlo! ¡Miradlo cómo avanza!<br />
bamboleando, bamboleando<br />
sobre la punta acerina de una daga<br />
¿Alguna opinión?<br />
Sí; el humano es visto como el Ser, el que lucha día a día en la búsqueda de<br />
su destino en contra de la incertidumbre que el futuro le guarda<br />
13<br />
<strong>LA</strong> FUSIÓN NUCLEAR<br />
Es la fuente que podría abastecernos de suficiente energía, la que además<br />
sería completamente limpia<br />
El proceso de fusión nuclear consiste en unir dos átomos (fusionar) para<br />
obtener un átomo de mayor tamaño, con mayor masa, liberando energía<br />
Con lo que hemos aprendido en este curso, entendemos lo que implica el<br />
proceso y el concepto de lo que es la fusión nuclear<br />
El principal obstáculo que se opone al proceso es que la aproximación necesaria<br />
para que dos átomos se fusionen exige condiciones extremas<br />
Tomemos como ejemplo el sol y las elevadísimas temperaturas y presiones<br />
que tiene en su interior, las que son capaces ofrecer esas condiciones<br />
La temperatura y presión solar permite la unión de átomos de hidrógeno<br />
para producir átomos de helio, que son más pesados<br />
141
La energía liberada en el proceso es tan grande, que permite la continuidad<br />
de la fusión sin que el sol colapse bajo su inmenso peso<br />
Para intentar algo parecido en nuestro planeta, hay que enfrentar y vencer<br />
enormes fuerzas de repulsión<br />
Recordemos que el núcleo del átomo está constituido por positrones y neutrones,<br />
sujetos a una gran fuerza de atracción<br />
Pero antes, debemos definir los siguientes términos<br />
Isótopos<br />
Son los átomos de un mismo elemento<br />
Número atómico<br />
Es el número de protones que hay en el núcleo de un átomo<br />
Número másico<br />
Es la suma de los positrones y neutrones existentes en el núcleo del átomo<br />
Agua pesada<br />
Es una forma de agua que contiene una cantidad anormalmente grande de<br />
deuterio, el que, ya vimos, es un isótopo del hidrogeno<br />
En estos casos algunos de los átomos de hidrógeno en agua pesada contienen<br />
un neutrón, lo que provoca que cada átomo aumente de peso<br />
Se estima que el hidrógeno deviene aproximadamente dos veces más pesado<br />
que un átomo de hidrógeno normal<br />
Los núcleos tienen la misma cantidad de protones, pero una cantidad diferente<br />
de neutrones, por eso difieren en el número másico<br />
De esta manera, los átomos que son isótopos entre sí tienen igual número<br />
atómico pero diferente número másico<br />
El método de unir los núcleos de dos átomos implica aproximar dos cargas<br />
positivas hasta que la interacción nuclear fuerte quede reducida<br />
142
Con la aclaración de que el deuterio es uno de los dos isótopos estables<br />
del hidrógeno, los físicos dicen que el proceso sería el siguiente<br />
Tomar una cierta cantidad de deuterio, elemento que existe en el agua del<br />
mar en cantidades más que necesarias<br />
Luego, fusionarlo para obtener helio liberando un montón de energía<br />
La dificultad está lograr ese montón extra de energía sea mayor que la cantidad<br />
de energía que tendría que utilizase para generarla<br />
En términos económicos, significa que la energía invertida sea rentable<br />
La Fusión Fría<br />
La fusión fría es un intento de lograr esas condiciones de modo rentable,<br />
en el sentido de que la energía producida sea mayor a la utilizada<br />
Dos profesores de la universidad de Utah, Martin Fleischmann y Stanley<br />
Pons, anunciaron, en 1989, que lo habían logrado<br />
La idea sobre cómo conseguir fusionar dos átomos de hidrógeno surgió de<br />
anteriores investigaciones de Martin Fleischmann<br />
Había hallado que el paladio absorbía gran cantidad de átomos de hidrógeno;<br />
de allí dedujo que esos átomos estarían muy compactados<br />
Es decir, los átomos absorbidos por el paladio estarían tan cercanos unos a<br />
otros que existía la posibilidad de que se fusionaran<br />
Desarrolló un dispositivo que constaba de dos electrodos, uno de paladio y<br />
otro de platino, sumergidos en agua pesada<br />
Descargó una corriente eléctrica y vio que el agua se disociaba produciendo<br />
gas deuterio, el que se iba absorbiendo en el paladio y oxígeno<br />
Faltaba saber si se producía la fusión; para comprobarlo Pons y Fleischmann<br />
decidieron averiguar si la solución se calentaba.<br />
143
El experimento mostró que se estaba produciendo cien veces más calor<br />
del esperado, o sea que se estaba produciendo el proceso de fusión<br />
Publicaron su descubrimiento e incluso dieron una rueda de prensa para<br />
dar a conocer su revolucionario proceso<br />
Afirmaron que podían reproducir el proceso de fusión que se producía en<br />
las estrellas, sin necesidad de alcanzar esas temperaturas tan elevadas<br />
Fleischmann afirmó que el dispositivo que habían desarrollado, capaz de<br />
realizar la fusión fría, se valuaba en más de 300 trillones de dólares<br />
Pero se habían adelantado en su conferencia de prensa, pues quedó demostrado<br />
que no habían hecho suficientes pruebas<br />
Cuando el resto de científicos tuvieron acceso a los artículos escritos y<br />
empezaban a analizarlos, no obtenían el mismo resultado<br />
Por ejemplo, si se produce el proceso de fusión nuclear, se debe liberar<br />
gran cantidad de neutrones, fenómeno que no se habían detectado<br />
Analizando la publicación de Fleischmann, se dice que encontraron errores<br />
muy graves, lo que les restó toda la credibilidad<br />
Por ejemplo, no habían agitado el agua pesada; si no la agitaban, el calor<br />
no se repartía de manera homogénea por toda la solución<br />
No era probable que algunas zonas estuvieran sobrecalentadas y otras a<br />
menor temperatura; además seguían vivos<br />
Es decir, si realmente hubiesen realizado la fusión la gran cantidad de radiación<br />
gamma liberada posiblemente habría acabado con sus vidas.<br />
La Comunidad científica dijo que el proceso de Fleischmann y Pons era un<br />
ejemplo de mala praxis científica; una muestra de lo que no hay que hacer<br />
Nuevamente quedó en evidencia que no someter el experimento a suficientes<br />
pruebas y publicarlo en ese estado lleva a conclusiones erróneas<br />
144
Se tuvo que replantear el concepto mismo de lo que es la Fusión nuclear<br />
La fusión nuclear surge de la unión de dos núcleos de átomos ligeros<br />
Los átomos que, por lo general, son el hidrógeno y sus isótopos, deuterio y<br />
tritio forman un núcleo más pesado<br />
Generalmente esta unión va acompañada con la emisión de partículas<br />
En el caso de núcleos atómicos de deuterio se emite un neutrón<br />
Esta reacción de fusión nuclear libera una gran cantidad de energía en<br />
forma de rayos gamma y de energía cinética de las partículas emitidas<br />
Esta cantidad de energía permite a la materia entrar en estado de plasma<br />
Plasma<br />
El Plasma es el cuarto estado de la materia, que se agrega al sólido, gaseoso<br />
y líquido; es un estado fluido más similar al estado gaseoso<br />
Sólo una determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente<br />
y no poseen equilibrio electromagnético<br />
Por lo que se los considera buenos conductores y sus partículas responden<br />
fuertemente a las interacciones electromágneticas de largo alcance<br />
El plasma presenta características propias que no se dan en ningún otro<br />
estado de la materia, por lo que es considerado otro estado de la materia<br />
Como el gas, el plasma no tiene una forma o volumen definido<br />
Pero en el plasma existen efectos colectivos importantes<br />
Por ejemplo, bajo la influencia de un campo magnético puede formar estructuras<br />
como filamentos y rayos<br />
Los átomos de este estado se mueven libremente<br />
Cuánto más alta es la temperatura más rápido se mueven los átomos<br />
En el momento de colisionar la velocidad es tan alta que se produce un<br />
desprendimiento de electrones.<br />
145
Las reacciones de fusión nuclear pueden emitir o absorber energía; si los<br />
núcleos a fusionarse tienen menor masa que el hierro, se liberará energía<br />
Por el contrario, si los núcleos atómicos que se fusionan son más pesados<br />
que el hierro, la reacción nuclear absorbe energía<br />
Fusión nuclear en la naturaleza<br />
Las estrellas, incluido el Sol, experimentan constantemente reacciones de<br />
fusión nuclear<br />
La luz y el calor que percibimos del sol es el resultado de estas reacciones<br />
nucleares de fusión: núcleos de hidrógeno chocan entre sí<br />
Al hacerlo, se fusionan dando lugar a un núcleo más pesado de helio, liberando<br />
una enorme cantidad de energía<br />
La energía liberada llega a la Tierra como radiación electromagnética<br />
Las fuerzas de gravedad en el universo generan las condiciones perfectas<br />
para la fusión nuclear.<br />
A las reacciones de fusión nuclear también se les llama reacciones termonucleares<br />
debido a las altas temperaturas que experimentan<br />
En el interior del sol la temperatura es cercana a los 15 millones de grados<br />
Requisitos técnicos para la fusión nuclear<br />
Para efectuar las reacciones de fusión nuclear, los expertos dicen que se<br />
deben cumplir los siguientes requisitos:<br />
Conseguir una temperatura muy elevada para separar los electrones del<br />
núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsión<br />
Es necesario el confinamiento para mantener el plasma a temperatura elevada<br />
durante un mínimo de tiempo<br />
146
La densidad del plasma debe ser suficiente para que los núcleos estén cerca<br />
unos de otros y puedan generar reacciones de fusión nuclear<br />
Confinamiento para la fusión nuclear<br />
Fusión nuclear por confinamiento inercial (FCI)<br />
Consiste en crear un medio tan denso, que las partículas no tengan casi<br />
ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí<br />
Una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio es impactada por un<br />
haz de láser, provocando su implosión<br />
Así, se hace cientos de veces más densa y explosiona bajo los efectos de la<br />
reacción de fusión nuclear.<br />
Fusión nuclear por confinamiento magnético (FCM)<br />
Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio<br />
reducido por la acción de un campo magnético<br />
Reacciones de fusión nuclear<br />
Para que tengan lugar estas reacciones debe suministrarse a los núcleos la<br />
energía cinética necesaria que aproximen los núcleos<br />
Es decir, los que se van a fusionar, venciendo así las fuerzas de repulsión<br />
electrostáticas<br />
Para ello se necesita calentar el gas hasta temperaturas muy elevadas, como<br />
las que se supone que tienen lugar en el centro de las estrellas<br />
En 1968, Basov, informó que se había alcanzado las temperaturas de ignición<br />
y de la producción de neutrones en las reacciones de fusión nuclear<br />
Lo había conseguido con el empleo láseres<br />
En la década de los 70 comenzó a divulgarse la primera serie de publicaciones<br />
sobre FCI (Fusión nuclear por Confinamiento Inercial)<br />
147
En EEUU, consiguieron el experimento más avanzado, alcanzándose cerca<br />
de 3 millones de neutrones<br />
Pero el láser no es el único dispositivo capaz de producir implosiones<br />
También se observa que electrones y haces de iones ligeros y pesados son<br />
serios candidatos a la fusión nuclear por confinamiento inercial<br />
El proyecto de fusión nuclear por confinamiento magnético: el ITER<br />
El proyecto más avanzado en Fusión nuclear por Confinamiento Magnético<br />
es el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)<br />
Es un prototipo basado en el concepto Tokamak, y en el que se espera alcanzar<br />
la ignición<br />
Hay proyectos conjuntos en los que participan la Unión Europea, Canadá,<br />
EEUU, Japón y Rusia.<br />
El objetivo es determinar la viabilidad técnica y económica de la fusión<br />
nuclear por confinamiento magnético<br />
Este tipo de confinamiento magnético es necesario para la generación de<br />
energía eléctrica<br />
ITER es un proyecto tecnológico cuya construcción se estima necesitará 10<br />
años y al menos 20 de investigación<br />
En ella se probarán las soluciones a los problemas que necesitan ser resueltos<br />
para hacer viables los futuros reactores de fusión nuclear<br />
Este proyecto de investigación dará sus resultados a partir de 2050<br />
Otras tecnologías se aplican a la robótica, superconductividad, microondas,<br />
aceleradores y los sistemas de control<br />
La Fusión Nuclear en la actualidad<br />
Pero la posibilidad de conseguir la fusión nuclear no se ha abandonado<br />
148
Está en proceso de construcción una central de fusión nuclear en el sur de<br />
Francia que permitirá obtener energía limpia<br />
Pero no habrá nada nuevo, por lo menos hasta el año 2020, fecha en la que<br />
se espera que esté en funcionamiento<br />
El proceso desarrollado consiste en calentar a grandes temperaturas una<br />
mezcla de dos isótopos de hidrógeno: el deuterio y el tritio<br />
La temperatura para lograr el estado de plasma tendría que llegar a<br />
150.000.000 º<br />
En ese estado las partículas están ionizadas, es decir, con carga, y se aprovecha<br />
este estado para confinarlas usando un campo magnético<br />
Una de las principales dificultades a la hora de producir la fusión siempre<br />
ha sido esa: cómo poder confinar el plasma a temperaturas tan altas.<br />
¿Alguna duda?<br />
No señor; entendimos muy bien; ahora nos gustaría tratar de resolver otro<br />
acertijo del pensamiento lateral<br />
-aquí va<br />
¿Qué es aquello que no se mueve, pero penetra tu cuerpo; no llega a tu<br />
alma porque es gran amigo del hielo?<br />
Los alumnos van proponiendo soluciones y, simultáneamente, ellos mismos<br />
las descartan<br />
-el aliento de un dragón<br />
-el soplo de un murciélago inmenso<br />
-el veneno de una víbora<br />
-los rayos cósmicos<br />
-una triste noticia, aunque no es necesariamente amiga del hielo<br />
-un pensamiento tridimensional<br />
-creo que debe ser algo que entra con el aire, necesariamente<br />
-siendo amigo del hielo, debe ser algo helado<br />
149
-no lo vemos y es amigo del hielo, por lo tanto, lo único que puede reunir<br />
los requerimientos anotados, sería el frío<br />
Ésa es la respuesta y la obtuvieron tal como el pensamiento lateral dispone:<br />
compartir las ideas y empezar por las más absurdas<br />
Recuerden que los físicos consideran absurdas las respuestas que les da la<br />
naturaleza cuando le preguntan algo<br />
El pensamiento lateral les servirá a ustedes para familiarizarse con el absurdo<br />
como punto de partido y de allí arribar a una solución lógica.<br />
Profe, la palabra bella y útil<br />
La vez anterior hablamos de Cervantes refiriéndonos a la dignidad con que<br />
responde los insultos; ahora citaremos un fragmento de Don Quijote:<br />
…figurósele que la litera eran andas donde debían de ir algún mal ferido o<br />
muerto caballero, cuya venganza a él solo estaba reservada, y sin hacer<br />
otro discurso enristró su lanzón, púsose bien en la silla, y con el gentil brío<br />
y continente se puso en la mitad del camino por donde los encaminados<br />
forzosamente habían de pasar, y cuando los vio cerca, alzó la voz y dijo:<br />
Deteneos, caballeros, quien quiera que seáis, y dadme cuenta de quién<br />
sois, de dónde venís, a dónde vais, qué es lo que en aquellas andas lleváis,<br />
que, según las muestras, o vosotros habéis fecho, o vos han fecho algún<br />
desaguisado, y conviene y es menester que yo lo sepa, o bien para castigaros<br />
del mal que ficisteis, o bien para vengaros del tuerto que vos ficieron…<br />
No olviden de leer, aunque más no sea una hora semanal, la primera y la<br />
más grande novela de la literatura: “Don Quijote de la Mancha”<br />
Shakespeare y Cervantes son la máxima expresión de la literatura universal,<br />
el primero como dramaturgo, el segundo como novelista<br />
Por extraña coincidencia, ambos murieron el mismo año, 1616<br />
150
14<br />
<strong>LA</strong> FISIÓN NUCLEAR<br />
La fisión nuclear es un fenómeno físico que ocurre en el mundo subatómico<br />
y consiste en el proceso de partir en dos un núcleo atómico<br />
Es exactamente lo contrario de la fusión<br />
Se trate de aprovechar la energía que los mantenía unidos antes del impacto,<br />
esto es lo que los físicos llaman “energía de enlace”<br />
Cuando un neutrón colisiona con el núcleo de uranio 235, su masa y energía<br />
es agregada al núcleo, haciéndolo de él un núcleo más pesado<br />
De allí deriva el isótopo inestable uranio 236<br />
El isótopo uranio 236, en fracciones de segundo, se parte en dos núcleos<br />
estables, liberando la energía que los mantenía unidos<br />
A esta energía se agrega la emisión de dos a tres neutrones, los cuales sirven,<br />
a su vez, para dividir nuevos núcleos que liberarán energía<br />
El circuito continua con la emisión de otros 3 neutrones que golpean más<br />
núcleos, y... así en una reacción incontrolada de rápido crecimiento<br />
¿Qué se necesita para que realizar la fisión?<br />
Supongamos un electrón que golpea a núcleo muy pequeño, para romperlo<br />
habría que acelerarlo a enormes cantidades de energía<br />
Pero no existen aceleradores que la consigan<br />
Además, en un espacio pequeño es imposible disponer de esa energía necesaria<br />
para que el electrón divida el núcleo del átomo<br />
151
Podría utilizarse el protón; pero, esta partícula tiene carga positiva y en el<br />
núcleo del átomo de uranio hay muchos protones con carga positivas<br />
Una vez acelerado sería desacelerado por estas cargas de su misma naturaleza,<br />
llevándolo a una velocidad reducida antes de acercarse al núcleo<br />
El intento sería inútil, pues habría que gastar más energía para dividir el<br />
núcleo en la búsqueda de vencer las fuerzas repulsivas entre protones<br />
Existe una partícula con masa un poco mayor que la del protón y siendo<br />
que es neutra no tendría problemas al acercarse al núcleo e impactarlo<br />
Se trata del neutrón que puede ser acelerado lo suficiente para alcanzar la<br />
energía cinética necesaria para golpearlo y dividirlo en dos mitades<br />
Cómo lograr una reacción en cadena satisfactoria<br />
Al enriquecer el uranio 235 se obtiene uranio 238 en una cantidad de<br />
99.3% no fisionable y apenas el 0.7 por ciento de uranio 235 es fisionable<br />
Siempre hay impurezas en el proceso de enriquecer el uranio, aun cuando<br />
se hayan utilizado los mejores métodos de enriquecimiento<br />
Por ello, el bombardeo con neutrones no llegaría a las zonas del material<br />
donde hay uranio fisionable y la reacción no soltaría la energía necesaria<br />
Por esta razón, es necesario un valor denominado masa crítica por debajo<br />
del cual la probabilidad de una reacción en cadena exitosa sea pequeña<br />
A medida que el valor se acerca al valor crítico, aumenta la probabilidad<br />
de que se realice una mayor reacción<br />
Cuando se supera el valor crítico se asegura la reacción en cadena<br />
A medida que aumenta la cantidad de material fisionable se logra la masa<br />
crítica o se sobrepasa<br />
En este último caso, el material fisionable más conveniente sería el isótopo<br />
radioactivo del Plutonio 239<br />
152
Tiene una masa crítica tres veces menor que la del uranio 235 fisionable y<br />
es más fácil de obtener<br />
La fisión en la actualidad<br />
La fisión puede ser utilizada para fines bélicos en la construcción de bombas<br />
atómicas; por supuesto se usa para fines pacifistas<br />
Su utilidad no bélica surge de los reactores para la producción de energía<br />
eléctrica, proceso utilizado actualmente en las centrales nucleares<br />
Si un átomo pesado de Uranio o Plutonio se rompe en dos átomos más ligeros,<br />
tendremos un desprendimiento de neutrones<br />
Pero, la suma de las masas de estos últimos átomos es menor que la masa<br />
del átomo original<br />
De acuerdo con la teoría de Albert Einstein se desprende una cantidad de<br />
energía que responde a la conocida fórmula E = mc 2<br />
Para romper un átomo, se emplea un neutrón porque es neutro eléctricamente<br />
y, por tanto, al contrario que el protón, no es repelido por el núcleo<br />
El neutrón se lanza contra el átomo que se quiere romper, por ejemplo,<br />
Uranio-235 y lo convierte en Uranio 236 por un brevísimo tiempo<br />
Como este último átomo es sumamente inestable, se divide en dos átomos<br />
diferentes y más ligeros, desprendiendo 2 ó 3 neutrones<br />
Estos neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de Uranio-235, liberando<br />
en total 9 neutrones, energía y dos átomos más ligeros<br />
Así sucesivamente, generándose de esta forma una reacción en cadena<br />
En las centrales nucleares el proceso se modera con el objeto de evitar la<br />
reacción en cadena y también para generar energía más lentamente<br />
De lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica<br />
153
El proceso básico es el siguiente:<br />
El Uranio natural es mayoritariamente U-238,<br />
El Uranio fisionable es el U-235 que es un 0.71% del Uranio que se encuentra<br />
en la naturaleza, es decir, del uranio U-238<br />
Solo un pequeño porcentaje del Uranio se aproveche y se requieran grandes<br />
cantidades de este para obtener una cantidad significativa de U-235.<br />
El U-235 se introduce en el reactor y comienza un proceso de fisión<br />
En el proceso, se desprende energía en forma de calor<br />
Este calor, calienta unas tuberías de agua convirtiéndola en vapor, el que<br />
pasa por unas turbinas, haciéndolas girar<br />
Éstas hacen girar un generador eléctrico, produciendo así electricidad<br />
No toda la energía obtenida en la fisión es aprovechada, parte de ella se<br />
pierde en calor, la resistencia de los conductores, la vaporización de agua<br />
Para evitar que el reactor explote, los neutrones son controlados mediante<br />
unas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro)<br />
Estas barras de control al ser introducidos, absorben neutrones, y disminuye<br />
el número de fisiones<br />
Con ese procedimiento se generará más o menos energía<br />
Se introducen las barras de tal forma, que solo se produzca un neutrón por<br />
reacción de fisión, controlando de esta forma el proceso de fisión<br />
Si todas las barras de control son introducidas, se absorben todos los neutrones,<br />
con lo cual se pararía el reactor<br />
El reactor se refrigera para que no se caliente demasiado incluso cuando<br />
está detenido, ya que la radiación hace que el reactor permanezca caliente<br />
154
Diferencias<br />
La fisión nuclear es la separación de un núcleo pesado en uno más pequeño;<br />
la fusión es la combinación de núcleos para crear uno más pesado<br />
El resultado en ambos csos es que se absorbe o se libera energía<br />
Dentro del núcleo de un átomo se encuentran los protones y los neutrones,<br />
alrededor del núcleo giran los electrones<br />
La ciencia nuclear es la que se encarga del estudio de los procesos durante<br />
la dispersión o combinación de los núcleos (fisión y fusión)<br />
Hay muchas variables en el momento de realizar estos procesos<br />
Una de ellas es la energía de enlace nuclear, que es la energía requerida<br />
para mantener los protones y los neutrones de un núcleo intactos<br />
La masa de un núcleo es una pequeña parte de la masa total de los protones<br />
y los neutrones<br />
Esta diferencia de masa se le atribuye a la energía de enlace nuclear, la<br />
cual, al perderse, es liberada en forma de energía<br />
Esa energía se calcula con la famosa expresión de Einstein: E=mc 2 .<br />
Más sobre la Fisión nuclear<br />
La fisión nuclear en forma simple es la división de un núcleo, liberando<br />
neutrones y un núcleo más ligero<br />
Al realizar fisión con elementos pesados, el proceso resulta altamente exotérmico<br />
(liberación de calor)<br />
El cual libera calor, millones de veces más que la quema del carbón.<br />
Este proceso da como resultado la liberación de un núcleo más pequeño,<br />
nueva energía y partículas, tales como los neutrones<br />
155
Estas partículas pueden reaccionar con materiales radioactivos, que van a<br />
liberar más núcleos pequeños y partículas y así consecutivamente.<br />
Esta reacción en cadena es la base de las armas nucleares, siendo<br />
el uranio-235 uno de los elementos más habituales en el uso de este campo<br />
Al ser bombardeado con un neutrón, este se convierte en uranio-236, el<br />
cual es mucho más inestable<br />
Como resultado, el núcleo se divide en Krypton-92 y Bario-141, causando<br />
la reacción en cadena al continuar liberando neutrones en cada reacción.<br />
Bombas de fisión nuclear<br />
Este es el primer tipo de bombas desarrollado, y se basan en la fisión (ruptura)<br />
de un átomo, generalmente Uranio enriquecido o Polonio<br />
El proceso de fisión conlleva, además, la liberación de energía<br />
El proceso de fusión además emite neutrones, partículas sin carga que induce<br />
la ruptura de más átomos, llevando a una reacción en cadena<br />
El Kilotón<br />
El efecto de una bomba de fisión se mide generalmente en kilotones, que<br />
hacen referencia al poder destructivo de mil toneladas de TNT<br />
La potencia de la bomba que explosionó en el desierto de Nuevo México<br />
fue de 20 kilotones de TNT<br />
La de Hiroshima, conocida como Little Boy, basada en uranio enriquecido,<br />
era equivalente a16 kilotones de TNT<br />
La de Nagasaki, Fat Man y basada en polonio, a 21 kilotones<br />
¿En qué se diferencia una bomba termonuclear de una nuclear?<br />
La bomba termonuclear combina tres procesos: fisión, fusión, y de nuevo<br />
fusión.<br />
156
Bombas termonucleares<br />
La primera etapa en una de estas bombas es<br />
semejante a la de las bombas de fisión<br />
El Polonio se fisiona, liberando gran cantidad<br />
de energía y neutrones hasta 100 millones de<br />
grados<br />
Los neutrones se aprovechan para inducir un proceso de fusión nuclear de<br />
átomos de deuterio y tritio, dos isótopos pesados del hidrógeno.<br />
La energía liberada en el proceso de fusión nuclear se aprovecha para fisionar<br />
átomos de 29Turanio 23829T, imposible a temperaturas menores<br />
Este último paso dobla el poder de la bomba y es el que mayor cantidad<br />
de radiación perjudicial produce.<br />
El poder de una bomba termonuclear, o bomba H, se puede regular añadiendo<br />
más o menos cantidad de deuterio y tritio a la etapa de fusión<br />
Megatones<br />
Por eso, prácticamente no tiene límite y su poder se mide en megatones<br />
Un megatón, en el Sistema Internacional de Unidades es el equivalente a<br />
mil kilotones, es decir a un millón de toneladas de TNT<br />
La bomba más potente, la bomba del Zar, fue detonada el 30 de octubre de<br />
1961 a 4 km. de altitud en un archipiélago ruso<br />
Estaba situado en el océano ártico y conocido como Nueva Zambia<br />
Su potencia era de 50 megatones<br />
¿Qué son las bombas de cobalto o Sucias?<br />
Las bombas anteriores producían su efecto dañino a partir del calor liberado,<br />
pero la bomba de cobalto tiene aún más poder<br />
157
Se usa además el calor y gran cantidad de radiación gamma para que sus<br />
efectos sean todavía peores<br />
Estos rayos son capaces de llegar a la médula ósea e inducir mutaciones en<br />
el genoma<br />
Las bombas anteriores tenían como efecto "colateral" la emisión de radiación<br />
perjudicial<br />
Pero, las de cobalto buscan principalmente la emisión de este tipo de radiación<br />
para producir un efecto todavía más perjudicial.<br />
En las bombas sucias se añade un ingrediente mortífero: el cobalto-59<br />
Este elemento es capaz de absorber los neutrones emitidos en una explosión<br />
nuclear para convertirse en cobalto-60<br />
Mediante un proceso conocido como "salado"<br />
El cobalto caería después de la explosión como una lluvia que iría depositando<br />
este elemento radioactivo en el suelo<br />
Allí seguiría descomponiéndose y emitiendo radiación durante décadas,<br />
haciendo la zona inhabitable.<br />
Más sobre Fusión Nuclear<br />
Fusionar núcleos con menor masa que la del Hierro libera energía, mientras<br />
que fusionar núcleos más pesados provoca una absorción de energía<br />
Ocurriendo lo opuesto que en la fisión nuclear.<br />
Las estrellas son un claro ejemplo de la liberación de calor provocado por<br />
la fusión nuclear<br />
También las armas nucleares emplean este principio, como lo es la bomba<br />
de hidrógeno<br />
158
En las estrellas ocurre este fenómeno gracias a la alta temperatura y la<br />
unión de átomos pequeños para crear átomos más grandes<br />
Liberando cantidades enormes de calor y radiación.<br />
La fusión es una temática en la que aún se trabaja en búsqueda de estabilidad,<br />
siendo un proceso 29Tenormemente inestable29T<br />
Que implica la liberación de enormes cantidades de energía<br />
Aquí termina la clase ¿Vamos a otro desafío que nos presente Bono?<br />
-sí;<br />
En la clase anterior la solución del problema implicaba la omisión de uno<br />
de los objetos geométricos, pues estaba demás<br />
Ahora, el problema será a la inversa; podrán añadir objetos a las primeras<br />
Observemos las siguientes figuras: ¿Qué pueden hacer con ellas?<br />
Los alumnos forman las coentre<br />
otras las siguientes figuras<br />
misiones y una a una presentan,<br />
Veo que han añadido un cuadrado y eso les permitió estructurar nuevas<br />
formas sobe la primera; ustedes serán campeones del pensamiento lateral<br />
159
Profe: ¿la palabra bella?<br />
Fue vana la acumulación racional de los siglos para encontrar en cada estrella<br />
una letra celeste del gran alfabeto<br />
Ha sido inútil el acopio reflexivo de los milenios que aún no sedimentan en<br />
el espacio, con la autoridad del vino, en el roble viejo<br />
Solo es dada a la Intuición conocer en la arena del desierto, el reflejo del<br />
cosmos sobre el crótalo mudo de los lagos<br />
Se astilló en otros infinitos al romper el gran vacío<br />
Nebulosa tras nebulosa se atesoraron,<br />
para escribir con trizas de la gran letra<br />
La historia del empujón primero, cuando el reflejo de luz,<br />
espejo después de espejo dio a cada estrella<br />
la astilla de la letra primigenia...<br />
No os apresuréis, en adelantado intento<br />
leer lo que escriben los cometas en el firmamento<br />
Cuando los millones de milenios hayan diseñado<br />
el primer día del orbe<br />
la eternidad, monja gitana del tiempo<br />
habrá bordado, galaxia sobre galaxia, infinito tras de infinito<br />
la primera letra del Universo<br />
¿Le encuentran algún sentido?<br />
160
Por supuesto profe; se refiere a lo poco que el hombre sabe de los secretos<br />
del universo, precisamente lo que estudiamos en este curso<br />
Hasta la próxima, queridos alumnos.<br />
15<br />
<strong>LA</strong> CENTRAL NUCLEAR<br />
El principal uso que se le da actualmente a la energía nuclear es el de la<br />
generación de Energía eléctrica<br />
Las centrales nucleares son las instalaciones encargadas de este proceso<br />
Prácticamente todas las centrales nucleares en producción utilizan la fisión<br />
nuclear ya que la fusión nuclear actualmente es inviable<br />
El funcionamiento de una central nuclear es idéntico al de una central térmica<br />
que funcione con carbón, petróleo o gas<br />
Excepto en la forma del calor que produce para convertir el agua en vapor<br />
En el caso de los reactores nucleares este calor se obtiene mediante las<br />
reacciones de fisión nuclear de los átomos del combustible nuclear<br />
Mientras que en las otras centrales térmicas se obtiene energía térmica<br />
mediante la quema combustibles fósiles<br />
A nivel mundial el 90% de los reactores nucleares destinados a la producción<br />
de energía eléctrica son reactores de agua ligera<br />
En las versiones de agua a presión o de agua en ebullición<br />
El principio básico del funcionamiento de una central nuclear se basa en la<br />
obtención de energía térmica mediante fisión nuclear<br />
161
Con esta energía calorífica que tenemos en forma de vapor de agua, la<br />
convertiremos en energía mecánica, en una turbina<br />
La energía mecánica se convierte en energía eléctrica<br />
Esto se logra con el uso de un generador<br />
El reactor nuclear es el encargado de provocar y controlar estas fisiones<br />
atómicas que generarán una gran cantidad de calor<br />
Ese calor calienta el agua para convertirla en vapor<br />
El agua transformada en vapor de alta temperatura, sale del recipiente hasta<br />
llegar a la turbina y hacerla girar<br />
En este momento parte de la energía calorífica del vapor se transforma en<br />
energía cinética<br />
Esta turbina está conectada a un generador eléctrico mediante el cual se<br />
transformará la energía cinética en energía eléctrica<br />
Por otra parte, el vapor de agua que sale de la turbina, aunque ha perdido<br />
energía calorífica, sigue estando en estado gaseoso<br />
Es muy caliente, por lo que hay refrigerar antes iniciar otro circuito<br />
Al salir de la turbina se dirige a un depósito de condensación donde estará<br />
en contacto térmico con unas tuberías de agua fría<br />
El vapor de agua se vuelve líquido, y mediante una bomba, se redirige<br />
nuevamente al reactor nuclear para volver a repetir el ciclo<br />
Ésa es la razón por la que las centrales nucleares siempre están instaladas<br />
cerca de una fuente abundante de agua fría<br />
Se aprovecha el agua en el depósito de condensación<br />
La columna de humo blanco, saliendo de determinadas centrales, es el vapor<br />
de agua que se provoca en el proceso<br />
162
Reactor nuclear<br />
Es una instalación capaz de iniciar, controlar y mantener las reacciones<br />
nucleares, generalmente de fisión nuclear en cadena<br />
El reactor nuclear está formado por el combustible nuclear, el refrigerante,<br />
los elementos de control, los materiales estructurales<br />
Si se trata de un reactor nuclear térmico, exigirá un moderador<br />
Los reactores nucleares se pueden clasificar como reactores térmicos y<br />
reactores rápidos.<br />
Los reactores térmicos<br />
Frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fisión, para que<br />
tengan la oportunidad de interactuar con otros átomos fisionables<br />
A menor velocidad del neutrón, mayor probabilidad de fisionar con otros<br />
núcleos del combustible en los reactores que usan uranio 235<br />
El moderador puede ser agua ligera, agua pesada o grafito<br />
Los Reactores Rápidos<br />
Son los que no necesitan moderar la velocidad de los electrones<br />
Para construir un reactor nuclear es necesario disponer de combustible<br />
nuclear suficiente, al que se denomina masa crítica<br />
Tener la masa crítica significa disponer de suficiente material fisible en las<br />
condiciones adecuadas para mantener una reacción en cadena<br />
La disposición de absorbentes de neutrones y de las barras de control<br />
permite controlar la reacción en cadena<br />
La reacción nuclear se produce y mantiene en el núcleo del reactor<br />
Allí se produce una reacción nuclear en cadena con el objetivo de calentar<br />
el agua que se utilizará para accionar las turbinas de la central<br />
163
Voltaje mide la fuerza con la que los electrones pasan por un cable conductor;<br />
el Amperaje es la cantidad de electrones que pasan por ese cable<br />
El Voltio recibe su nombre en honor a Alessandro Volta quien en 1800 inventó<br />
la pila que se pone en las linternas<br />
Un Vatio (Watt en inglés) es el producto de un Voltio por un Amperio<br />
El watt deriva del apellido del escocés James Watt (1736-1819) por sus<br />
grandes hallazgos en el desarrollo de la máquina de vapor<br />
El Primer Reactor Nuclear<br />
El primer reactor nuclear de la historia de la energía nuclear fue diseñado<br />
y puesto en marcha por el premio Nobel de Física Enrico Fermi<br />
Hizo su experimento bajo las gradas del campo de rugby de la Universidad<br />
de Chicago el 2 de diciembre de 1942<br />
Era de sólo medio Watt de potencia, pero sirvió para demostrar que un<br />
reactor nuclear era técnicamente posible<br />
Fue usado como instalación piloto de los reactores diseñados para fabricar<br />
plutonio para la bomba atómica del Proyecto Manhattan<br />
Componentes del núcleo del reactor nuclear<br />
Un reactor nuclear está formado por los siguientes componentes:<br />
El combustible nuclear<br />
Es un material con capacidad de fisionarse lo suficiente como para llegar a<br />
la masa crítica, es decir, para mantener una reacción nuclear en cadena<br />
Se coloca de manera que se pueda extraer rápidamente la energía térmica<br />
que produce la reacción nuclear en cadena<br />
En las centrales nucleares se utiliza combustible nuclear sólido<br />
Los combustibles nucleares varían dependiendo del tipo de reactor pero<br />
generalmente se utilizan derivados del uranio<br />
164
Barras de combustible nuclear<br />
Son el lugar físico donde se confina el combustible nuclear<br />
Algunas barras de combustible contienen Uranio mezclado con Aluminio<br />
en forma de láminas planas<br />
Están separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido<br />
para disipar el calor generado<br />
Las láminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte<br />
Núcleo del reactor<br />
Está constituido por las barras de combustible<br />
El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, refrigerado<br />
por un fluido, generalmente agua.<br />
En algunos reactores, el núcleo se ubica en el interior de una piscina con<br />
agua, a unos 10 a 12 metros de profundidad<br />
También en el interior de una vasija de presión construida en acero<br />
Barras de control<br />
Los conjuntos de barras de control proporcionan un medio rápido para<br />
controlar la reacción nuclear en cadena<br />
Permiten realizar cambios rápidos de potencia del reactor, inclusive detenerlo,<br />
en caso de emergencia<br />
Están fabricadas con materiales absorbentes de neutrones<br />
La reactividad del núcleo aumenta o disminuye subiendo o bajando las barras<br />
de control<br />
Es decir, modificando la presencia de material absorbente de neutrones<br />
contenido en ellas en el núcleo<br />
Para que un reactor funcione debe tener un exceso de reactividad<br />
165
Esa reactividad disminuye hasta que se anula, momento en el que se hace<br />
la recarga del combustible<br />
Moderador<br />
Los neutrones resultantes de una reacción de fisión nuclear tienen una elevada<br />
energía cinética a gran velocidad<br />
Cuánto más alta sea su velocidad la probabilidad de que fisionen otros<br />
átomos disminuye, de modo que conviene reducir la velocidad<br />
Así se pueda incentivar nuevas reacciones en cadena<br />
Esto se consigue mediante choques elásticos de los neutrones con los núcleos<br />
del elemento que hace de moderador<br />
Entre los moderadores más utilizados están el agua ligera, el agua pesada<br />
y el grafito<br />
Refrigerante<br />
Para aprovechar la energía térmica que desprenden las reacciones de fisión<br />
se utiliza un refrigerante<br />
Su función es absorber dicha energía térmica y transportarla<br />
El refrigerante debe ser anticorrosivo, con una gran capacidad calorífica y<br />
no debe absorber neutrones<br />
Los refrigerantes más usuales son gases, como el anhídrido carbónico y el<br />
helio; líquidos como el agua ligera y el agua pesada<br />
Reflector<br />
En una reacción nuclear en cadena, un cierto número de neutrones tiende<br />
a escapar de la región donde ésta se produce<br />
Esta fuga de neutrones puede minimizarse con la existencia de un medio<br />
reflector que les vuelva poner dentro de la región de reacción<br />
De esta forma se consigue aumentar la eficiencia del reactor nuclear<br />
166
El medio reflector que rodea al núcleo no debe reducir el número de neutrones;<br />
más bien deben reflejar el mayor número posible de neutrones<br />
La elección del material depende del tipo de reactor nuclear<br />
Si tenemos un reactor térmico, el reflector puede ser el moderador pero si<br />
tenemos un Reactor rápido, habrá una diferencia<br />
El material del reflector debe tener una masa atómica grande para que los<br />
neutrones se reflejen en el núcleo con su velocidad original<br />
Blindaje<br />
Cuando el reactor esté en operación, se genera gran cantidad de radiación<br />
Es necesaria una protección para aislar a los trabajadores de la instalación<br />
de las radiaciones ocasionadas por los productos de fisión<br />
Por ello, se coloca un blindaje biológico alrededor del reactor para interceptar<br />
estas emisiones<br />
Los materiales más usados para construir este blindaje son el hormigón, el<br />
agua y el plomo<br />
Usos de los reactores nucleares<br />
La tecnología de los reactores nucleares comenzó a desarrollarse con fines<br />
bélicos, pero a partir de los años ‘50 se diversificó para fines no bélicos<br />
Poco a poco esa tecnología fue más solicitada por los problemas de sostenibilidad<br />
que presentan los combustibles fósiles de las centrales térmicas<br />
El interés por los reactores de fisión nuclear y de fusión nuclear ha ido en<br />
aumento como medio para obtener energía eléctrica<br />
Los reactores nucleares de fisión se concentran en la producción de calor<br />
Esto es, energía térmica que se emplea directamente<br />
También para producir vapor a partir de agua<br />
167
El vapor de agua que se genera es utilizado para obtener trabajo mecánico,<br />
en una turbina, o para producir agua dulce a partir de agua de mar<br />
Se usa para la propulsión de embarcaciones rompehielos, submarinos nucleares<br />
portaaviones militares, cohetes u bombas atómicas<br />
En los años 90 se empiezan a crear centrales nucleares que usan como<br />
combustible nuclear los radiactivos de otras centrales nucleares<br />
Estos combustibles son el plutonio y el uranio "empobrecido" resultante<br />
del proceso de enriquecimiento de uranio<br />
Se los usa para la producción de isótopos radiactivos en medicina<br />
Se produce neutrones libres para la investigación<br />
Se los usa en la producción de bombas de neutrones; los reactores nucleares<br />
de fusión están todos aún en fase de investigación y desarrollo<br />
Una de las futuras aplicaciones más importantes que se espera de ellos es<br />
la producción de electricidad<br />
¿Vamos a otro esquema de Bono?<br />
-sí<br />
¿Qué pueden hacer con esas tres figuras?<br />
Los grupos se reúnen y logran la siguiente figura<br />
168
¡Esto fue espectacular! pues dividieron un cuadrado para conformar el rectángulo<br />
de la derecha!<br />
Me gustó tanto como el hecho de que los grupos, en vez de competir entre<br />
ellos, intercambiaron ideas para cumplir la tare<br />
La palabra bella, profe<br />
En el Everest hay un pico escondido a la vista y a la curiosidad de los extraños<br />
Pero, cuando algún mortal es llamado, recorrerá el camino que lo lleva<br />
hasta el pico, sin necesidad de guías ni despliegues de tecnología<br />
Llega a la cima del pico para ver cómo se presenta ante él los 5 túneles,<br />
dispuestos como cinco dedos de una palma que los proyecta hacia arriba<br />
De acuerdo con los designios de su destino, escoge uno de ellos<br />
Los iniciados llaman a este lugar “El Sendero de los Cinco Dedos”<br />
Empezado el ingreso, el peregrino siente que desciende cada vez más y, al<br />
hacerlo, sabe, sin saber cómo, que está ascendiendo en el descenso<br />
Finalmente llega al espacio sin espacio, donde La Voz la recibe sin causar<br />
decibeles que hagan vibrar la membrana auditiva del peregrino<br />
Convertida ahora en un remolino de sorpresa tras sorpresa, de sensación<br />
deslumbrante tras sensación alucinante, tras de sensación absoluta<br />
169
Todos están juntos o separados por universos compartidos<br />
La sensación de estar allí, donde las dimensiones se multiplican al infinito y<br />
luego se condensan en el punto, es nueva, es alucinante<br />
Es perpetradora de impresión para siempre perpetrada<br />
Los beduinos desfilaban con sus turbantes brillando en arena de jaspes<br />
dorados… los caminantes de Lagash dejan el polvo en la alfombra<br />
Los incas llevan diademas en las que el sol se desdoblaba en soles y en lunas…<br />
Los años se condensan en segundos y cada segundo tiene la densidad<br />
enorme de un millar de años reunidos dentro de otro millar mayor<br />
¿Alguna interpretación?<br />
Sí; las contradicciones subir-bajando, sonido sin ondas sonoras y otras<br />
más, muestran la sorpresa de los científicos cuando analizan el microcosmo<br />
170
16<br />
<strong>LA</strong> RADIACIÓN<br />
La radiación electromagnética es la que se propaga en forma de ondas<br />
electromagnéticas, rayos UV, rayos gamma, rayos X…<br />
También hay un tipo de radiación denominada corpuscular, que es la radiación<br />
transmitida en forma de partículas subatómicas<br />
Las partículas pueden ser alfa, beta o también neutrones, que se mueven a<br />
gran velocidad, con apreciable transporte de energía.<br />
Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización<br />
será una radiación ionizante<br />
En caso contrario es una radiación no ionizante<br />
El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su<br />
naturaleza corpuscular u ondulatoria<br />
Los rayos X, rayos γ, partículas α Son radiaciones ionizantes<br />
Por otro lado, radiaciones como las ondas de radio, TV o de telefonía móvil,<br />
son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes<br />
Elementos radiactivos<br />
Algunas substancias químicas están formadas por elementos químicos cuyos<br />
núcleos atómicos son inestables<br />
Como consecuencia de esa inestabilidad, sus átomos emiten partículas<br />
subatómicas de forma intermitente y aleatoria<br />
En general serán radiactivas las partículas que presentan un exceso de<br />
protones o de neutrones<br />
171
Cuando el número de neutrones difiere del número del número de protones,<br />
el desequilibrio se corrige liberando el exceso de neutrones<br />
Ese procedimiento los convierte en partículas alfa<br />
Esas partículas alfa son realmente núcleos de helio, mientras las partículas<br />
β pueden ser electrones o positrones<br />
Estas emisiones llevan a dos tipos de radiactividad:<br />
Radiación alfa; aligera los núcleos atómicos cambiando el número atómico<br />
Radiación beta, no cambia la masa del núcleo, puesto que convierte un protón<br />
en un neutrón y viceversa<br />
La Radiactividad<br />
La radiactividad es causada por la emisión de radiación procedente de núcleos<br />
inestables<br />
Dicha radiación puede producirse en forma de partículas subatómicas,<br />
par-tículas alfa y beta o en forma de energía, como rayos gamma<br />
El físico francés Henri Becquerel (1852-1908) descubrió la existencia de<br />
este tipo de radiaciones en 1896<br />
El estudio de la radiactividad permitió nuevos hallazgos<br />
Las aplicaciones beneficiaron a la producción de aparatos usados en la<br />
medicina, electrodomésticos, industrias de armas y las centrales nucleares<br />
Esos beneficios incluyen una amplia variedad de técnicas médicas utilizadas<br />
en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades<br />
En 1896, cuando estudiaba la relación entre la fluorescencia<br />
y la emisión de rayos X en una sal de uranio,<br />
Becquerel comprobó que las radiaciones emitidas<br />
eran semejantes a los rayos X<br />
172
Los rayos emitidos se denominaron rayos Becquerel.<br />
El fenómeno descubierto por Becquerel fue estudiado por los esposos Pierre<br />
y Marie Curie, a quienes se deben las contribuciones más importantes<br />
Marie Curie investigó los elementos que emitían rayos Becquerel<br />
Midiendo la intensidad de la radiación emitida por todos los elementos<br />
encontró que únicamente el torio y el uranio emitían estas radiaciones<br />
Actualmente se conocen 40; el fenómeno recibió el nombre de radioactividad,<br />
nombre que en la actualidad se usa como sinónimo de radiactividad<br />
Las investigaciones le permitieron deducir que el proceso radioactivo provenía<br />
de una propiedad atómica<br />
Pierre y Marie Curie<br />
Los numerosos escritos dedicados a la radioactividad por Pierre y Marie<br />
Curie figuran entre las obras más importantes de la física del siglo XX<br />
Midiendo la actividad de los diversos sulfuros obtenidos<br />
de la pecblenda, los Curie llegaron a la conclusión<br />
de la existencia de un nuevo metal<br />
Lo llamaron "polonium" como homenaje a la patria de Marie<br />
El Tratado sobre la radiactividad de Marie Curie<br />
El descubrimiento de los fenómenos radiactivos daría lugar a una gran revolución<br />
en la historia de la ciencia<br />
Pues se demostraría la posibilidad de una desintegración espontánea del<br />
núcleo atómico y la consiguiente transformación de un elemento en otro<br />
Marie y Pierre Curie establecieron el hecho de que la radiactividad era un<br />
fenómeno natural al que el hombre había estado expuesto por siempre<br />
173
Aunque también están las radiaciones artificiales<br />
Así, podemos diferenciar entre radiación natural y radiación<br />
artificial<br />
La Radiación y la Salud<br />
Por otro lado, está comprobado que la radiación afecta a los organismos<br />
Puede enfermar o curar; ser administrada como cualquier medicina, o tener<br />
efectos letales; todo depende de modo de usarla<br />
Se sabe que puede dar lugar a transformaciones químicas en la materia<br />
En el caso de la materia viva, estas transformaciones interfieren con las<br />
funciones vitales de las células que reciben radiación<br />
Algunas radiaciones penetran en el cuerpo y producen cuatro tipos de<br />
efectos malignos en órganos o en células<br />
Los que producen cáncer, las mutaciones genéticas, los efectos en los embriones<br />
durante el embarazo y las quemaduras por exposiciones excesivas<br />
Las investigaciones se han centrado en descubrir por qué y cómo cada uno<br />
de estos casos se presenta en diferentes circunstancias<br />
Cáncer<br />
El cáncer se produce cuando el entorno genético de una célula es afectada,<br />
lo cual da lugar a una reproducción desmedida, a un tumor<br />
La radiación es, de hecho, uno de los agentes que pueden producir el cáncer,<br />
aunque no el único<br />
Marie Curie y su hija Irene, pioneras en la separación de elementos radiactivos,<br />
fueron las primeras víctimas de cáncer atribuible a la radiación<br />
174
El segundo grupo de efectos de la radiación comprende las mutaciones<br />
genéticas como el caso de la talidomida<br />
Es posible que la radiación ambiental que produce mutaciones haya sido<br />
factor importante en la evolución de las especies.<br />
La Teoría del Todo<br />
Es un intento de unificar las 4 fuerzas fundamentales expresadas en una<br />
sola ecuación para que responda las preguntas básicas sobre el Universo<br />
La Teoría del Todo o Teoría Unificada fue uno de los grandes objetivos, tal<br />
vez, el más importante para Einstein<br />
Dedicó los últimos 30 años de su vida para alcanzar ese objetivo, pero hasta<br />
hoy no existe una manera de hacerlo<br />
La teoría del todo debe explicar todas las fuerzas de la Naturaleza y todas<br />
las propiedades de la energía y de la materia<br />
Debe explicar también la interacción entre las fuerzas fundamentales<br />
Ofrecer una visión consolidada sobre el origen del universo<br />
Establecer una pauta sólida sobre la existencia o no de otros universos<br />
Para cumplir con esas tareas, la Teoría del Todo deberá unificar la relatividad<br />
y la mecánica cuántica<br />
Einstein creía que una eventual Teoría del Todo sería muy real, pues concibe<br />
al universo como algo armónico y ordenado<br />
Algo en el que todo está relacionado y tiene un propósito<br />
Al final, se quedó solo en la tarea de encontrar esa teoría del todo<br />
Unificación de tres fuerzas<br />
En el siglo XIX, Maxwell unificó las fuerzas eléctrica y magnética, dando<br />
lugar a una síntesis que se llamó electromagnetismo<br />
Luego quedó unificada con las fuerzas fuertes y débiles<br />
175
Eso, por el lado de las partículas elementales<br />
Con la relatividad, Einstein unificó espacio y tiempo; después el espaciotiempo<br />
con la gravedad, todo ello a comienzos del siglo XX, la relatividad<br />
Lo que no se ha podido unificar hasta el momento es el cuerpo completo de<br />
la relatividad con el todo de la mecánica cuántica<br />
La relatividad es la ley de los astros y las galaxias<br />
La cuántica rige en las partículas subatómicas<br />
Se logró unificar 3 de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza:<br />
electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil<br />
Las tres se adaptan tanto a la relatividad como a la cuántica<br />
Pero la gravedad aún no tiene una explicación aceptable de sí misma<br />
De este modo, aparece incompatible con el “todo”<br />
Pero la teoría de cuerdas puede ser la respuesta que Einstein buscaba<br />
La teoría de cuerdas podría sintetizar una teoría del todo, dado que una de<br />
sus variantes, la teoría M, podría unificar la gravedad<br />
Para la teoría M, la gravedad no sería una fuerza sino un tipo de partícula<br />
provocada por una especial vibración de las cuerdas<br />
Esta partícula elemental sería un bosón llamado gravitón<br />
Pero hasta la fecha es sólo una teoría sin demostrar<br />
Al presente no ha sido posible alcanzar la teoría del todo; a esto se suma<br />
una duda adicional: ¿será posible la existencia de una Teoría del Todo?<br />
La Teoría M<br />
La Teoría M, lo vimos, es una teoría física propuesta como una Teoría del<br />
Todo, que unifica las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza<br />
Fue planteada inicialmente por Edward Witte; su propuesta combinaba las<br />
cinco teorías de supercuerdas y supergravedad en once dimensiones<br />
176
Tiene su origen en la teoría de las cuerdas, según las cuales todas las partículas<br />
son diminutas cuerdas que vibran con cierta frecuencia<br />
Según esta propuesta, las partículas son cuerdas vibrando a cierta frecuencia<br />
en un espacio-tiempo que requiere al menos diez dimensiones<br />
La teoría no tiene una aceptación unánime, dado que no existen pruebas<br />
empíricas en su favor<br />
La búsqueda de esas pruebas exige un nivel muy alto de energías, no disponibles<br />
en la actualidad<br />
Por otro lado, plantea problemas matemáticos no resueltos, por lo que sólo<br />
se cuenta con hipótesis y tesis aún no probadas<br />
Antecedentes<br />
Hasta el siglo XIX, se pensaba que el átomo era el “bloque” más pequeño<br />
de la materia y el elemento indivisible de la materia<br />
En los primeros años del siglo XX se comprobó que incluía componentes<br />
más pequeños llamados protones, neutrones y electrones<br />
Esos elementos recibieron el nombre de partículas subatómicas<br />
En los años del ‘60 se descubrieron otras partículas, también, subatómicas<br />
En la década del ‘80, se descubrió que los protones, los neutrones y otras<br />
partículas están conformados por pequeñas partículas llamadas quarks<br />
Estas partículas están en continuos procesos de interacción, los que son<br />
estudiados por la mecánica cuántica<br />
Luego, en 1981, tendríamos un nuevo tipo de modelo sobre la conformación<br />
de las partículas subatómicas, que sería llamada Teoría de Cuerdas<br />
El modelo proponía que todas las formas de organización de la materia<br />
estaban conformadas por “cuerdas”<br />
177
La forma de estos “lazos” sería perceptible sólo a escalas de longitud<br />
comparables con la constante de Planck<br />
La teoría de las cuerdas plantea que el universo existe en varias dimensiones<br />
espaciales, y la mayoría serían perceptibles a escalas muy reducidas<br />
Altura, ancho y longitud son las dimensiones espaciales a las que se agrega<br />
el tiempo para un total de 4 dimensiones; las primeras tres, observables<br />
La teoría de cuerdas postula la existencia de once dimensiones, aunque<br />
concede que las siete adicionales no pueden ser detectadas<br />
Estas cuerdas vibrarían en varias dimensiones y las tres dimensiones espaciales,<br />
podrían percibirlas como materia, luz o gravedad<br />
La frecuencia y longitud de onda de las vibraciones determinan si se trata<br />
de materia o de energía, pero ambas resultarían de esas vibraciones<br />
En la actualidad hay cinco teorías de cuerdas basadas en un universo de 11<br />
dimensiones, y todas parecen ser correctas<br />
Pero los científicos no están conformes con la existencia de cinco conjuntos<br />
de ecuaciones para describir el mismo fenómeno<br />
A mediados de los años 90, Edward Witten y otros importantes investigadores<br />
consideraron algo complementario<br />
Plantearon la posibilidad de que las 5 versiones de la teoría de las cuerdas<br />
podrían describir lo mismo, desde diferentes perspectivas<br />
Se propuso la unificación en una teoría llamada Teoría M, en que la «M» se<br />
interpreta como «membranas».<br />
La Teoría M agrupó las teorías de cuerdas; postulo que las cuerdas son<br />
realmente «anillos» unidimensionales de una «membrana» bidimensional<br />
Esa membrana vibraría en un espacio unidimensional<br />
178
De acuerdo con esa percepción, el universo estaría fundamentalmente<br />
compuesto por objetos unidimensionales, similares a una cuerda<br />
Estas cuerdas serían tan pequeñas que incluso en la diminuta escala de la<br />
constante de Planck, serían diminutas en extremo<br />
La teoría de cuerdas presenta algunos obstáculos interesantes, aparte de<br />
las 11 dimensiones para que para que las cuerdas puedan vibrar<br />
Las cinco teorías difieren unas de otras por la clase de cuerdas a las que<br />
perciben y en la forma en que implementan la súpersimetrías<br />
Vimos que la súpersimetría está en el mundo de la teoría de súpercuerdas<br />
Escepticismo<br />
La teoría-M ha sido el objetivo de un escepticismo para varios físicos<br />
Un argumento se basa en la ausencia de alguna predicción "clara" verificada<br />
en un experimento<br />
Otro argumento es que la teoría no conserva algunas propiedades de la<br />
Relatividad General y que tiene un sesgo notorio con la física de partículas<br />
Quienes avalan la teoría de cuerdas responden que la física de partículas<br />
ha sido probada de forma más precisa que la Relatividad General<br />
La teoría sigue en la cuerda floja hasta las investigaciones logren nuevos<br />
hallazgos para ponerla en una dimensión científica firme<br />
Universos Paralelos<br />
Matemáticamente, los físicos han llegado a la conclusión que hay muchos<br />
universos paralelos en la décimo primera dimensión<br />
Algunos serían membranas de tres dimensiones como nuestro Universo<br />
Otros universos serían simples capas de energía<br />
Hay membranas cilíndricas y también membranas enlazadas; cada una de<br />
estas membranas es un posible Universo<br />
179
Los otros universos paralelos, estarían muy cerca de nosotros, pero nunca<br />
los percibimos<br />
Una teoría alternativa del Big Bang<br />
El Universo se habría creado a partir de la colisión de dos membranas<br />
Al colisionar podría haberse producido un Big Bang<br />
De este modo, el Big Bang sería la consecuencia del encuentro entre<br />
dos mundos paralelos<br />
El Big Bang ya no sería un punto desconocido que explotó en una la singularidad<br />
que desapareció<br />
Las membranas Branas no son perfectamente planas, de acuerdo a la teoría,<br />
deberían tener ondas<br />
Las membranas Branas son universos paralelos que se mueven en la décimo<br />
primera dimensión, como si fueran ondas<br />
Las ondas habrían causad los grupos de materia después del Big Bang<br />
Cuando las Branas chocan la colisión puede explicarse con la teoría M<br />
Después comenzaría el trabajo de los científicos y matemáticos<br />
Cosmología de la Branas<br />
La existencia de Branas antes de la singularidad del Big Bang, implica<br />
que el tiempo existió antes del Big Bang<br />
Esta teoría todavía no está aceptada, pero la teoría M podría explicar todo<br />
en el Universo, podría ser la teoría que le faltaba a Einstein<br />
En este caso nuestro Universo sería uno entre un número infinito de membranas;<br />
estaríamos en un multiverso, cada uno con sus propias leyes<br />
Los Big Bang de ese tipo, probablemente ocurren con gran frecuencia<br />
180
Nuestro universo coexistiría con otras membranas o con universos que estrían<br />
también en proceso de expansión<br />
Por lo tanto, nuestro universo podría ser una burbuja flotando en el seno de<br />
otras burbujas ¿Se puede crear un universo en el laboratorio?<br />
Lo dijimos ya, la Teoría de Cuerdas ya no concibe las partículas atómicas<br />
como puntos, sino como cuerdas que vibran en más de 4 dimensiones<br />
Antes de la teoría de Cuerdas, la física consideraba que una partícula es un<br />
punto que se mueve en un espacio tridimensional<br />
En cambio, las cuerdas oscilan en el espacio-tiempo y el modo de vibración,<br />
puede convertirlas en fotones o en cualquier otra partícula<br />
El Taquión<br />
La Teoría de Cuerdas introduce el 10Ttaquión10T, una partícula no identificada<br />
experimentalmente que viajaría a una velocidad mayor que la de la luz<br />
Fenómeno que no estaría en la teoría de la relatividad de Einstein<br />
La posibilidad de que existan 10Tuniversos paralelos, es una de las hipótesis<br />
10Tmás atractivas de la teoría de Cuerdas<br />
Teorías Relacionadas con la Teoría de Cuerdas<br />
La teoría de 10TAgujeros de Gusano10T, lo vimos, se refiere a un túnel que conecta<br />
dos puntos del espacio-tiempo o dos Universos paralelos<br />
181
Nunca se ha comprobado que hubiera un Agujero de Gusano y no está<br />
demostrado que existan, aunque son posibles matemáticamente<br />
Descubrimiento del primer pulsar<br />
La señal de los primeros pulsares, detectada por un radiotelescopio, tenía<br />
un intervalo exacto de 1,33730113 segundos<br />
En julio de 1967 Jocelyn Bell y Antony Hewish captaron estas señales de<br />
radio de corta duración<br />
Pensaron que podrían haber establecido contacto con una civilización extraterrestre,<br />
dada la precisa regularidad de la emisión.<br />
Los llamaron LGM, por Little Green Men<br />
Luego se descubrieron 3 nuevos pulsares emitiendo en radio a diferentes<br />
frecuencias<br />
De este modo dedujeron que estos fenómenos debían ser producto de fenómenos<br />
naturales<br />
Anthony Hewish recibió en 1974 el Premio Nobel de Física por este descubrimiento<br />
y por el desarrollo de su modelo teórico.<br />
Jocelyn Bell no recibió condecoración por ser únicamente una estudiante<br />
de doctorado, aunque fuera ella quien advirtió la primera señal de radio<br />
Al presente se conocen más de 600 pulsares con períodos de rotación diversos,<br />
los que van desde el milisegundo a unos pocos segundos<br />
Tienen un período promedio de rotación de 0,65 segundos; la precisión de<br />
la rotación de estos objetos es de una parte en 100 millones<br />
El Experimento EPR<br />
Ya lo comentamos, pretendía medir al mismo tiempo velocidad y posición<br />
de una partícula sin observarla directamente y no contaminar el resultado<br />
182
En los experimentos de laboratorio es frecuente que una partícula se desintegre<br />
en dos partículas gemelas, disparadas en direcciones opuestas<br />
Las dos nuevas partículas se separan entre sí, pero conservan idénticas<br />
propiedades una con relación a la otra<br />
Si se mide la velocidad de una, se sabrá la de la otra<br />
El observador ya no influye en el resultado, pues la segunda partícula no<br />
ha sido observada directamente<br />
De este modo se conoce la velocidad exacta de la segunda partícula<br />
Si se mide la posición en la segunda partícula, se obtendrá la de la primera<br />
sin necesidad de observarla<br />
Eso sucede porque ambas están equidistantes del punto inicial en direcciones<br />
opuestas; los datos obtenidos serán objetivos y reales<br />
Hay una transmisión de información entre ellas que es instantánea, no es<br />
que la información haya viajado más rápida que la velocidad de la luz<br />
Es algo más extraño, da la impresión de que el espacio físico entre ambas<br />
partículas no existiera<br />
Este fenómeno se denomina entrelazamiento cuántico o conexión cuántica<br />
Dos partículas que, en algún momento estuvieron unidas, siguen estando<br />
de algún modo relacionadas<br />
No importa la distancia que haya entre ambas, aunque se hallen en extremos<br />
opuestos del universo, la conexión entre ellas es instantánea<br />
El modelo estándar, que domina la física actual, sigue planteando muchos<br />
interrogantes y algunas contradicciones<br />
La teoría de cuerdas parece dar respuestas<br />
183
Sin embargo, la tecnología actual no permite una comprobación empírica,<br />
por lo que varios científicos la rechazan<br />
El fluir del tiempo<br />
La experiencia del tiempo que fluye siempre en una dirección única, de<br />
pasado a futuro, es común a todos<br />
Hasta principios del siglo XX se creía que el tiempo era absoluto y que<br />
transcurría siempre hacia delante<br />
Con la teoría de la relatividad, el tiempo, tal como lo vivimos, pasó a ser<br />
sólo una ilusión y hasta hoy, no hay una ley que pruebe que el tiempo fluya<br />
De la relatividad especial puede deducirse incluso que el tiempo no fluye<br />
Schrödinger formuló su ecuación de onda de probabilidad cuántica<br />
Una partícula puede tomar distintos caminos a la vez, y lo mismo podría<br />
suceder con el tiempo<br />
La física no distinguiría y sería igual de correcto que el tiempo fuera hacia<br />
el futuro o hacia el pasado<br />
Otra solución nos lleva a los primeros instantes del Cosmos<br />
La flecha del tiempo es compatible con el Big Bang, como con la cosmología<br />
inflacionaria y ofrecería una explicación aceptable<br />
Pero esa explicación demanda la certidumbre de que el universo hubiera<br />
estado altamente ordenado en sus primeros momentos<br />
Conforme el universo se expande y pierde su orden inicial, el tiempo fluiría<br />
siempre hacia delante<br />
Es la teoría de la baja entropía inicial y parece avalada por las leyes de la<br />
termodinámica; parece la respuesta más convincente<br />
Pero aún se desconoce muchos fenómenos sobre los primeros instantes del<br />
universo para saberlo; al presente la flecha del tiempo sigue sin respuesta<br />
184
Nikola Tesla<br />
Esta parte del capítulo pretende ser un homenaje a uno los más notables<br />
físicos de la historia, Nikola Tesla<br />
También es uno de los científicos más injustamente tratados en su tiempo<br />
Nikola Tesla era un sabio como pocos en la historia del pensamiento<br />
“¡Nuestras máquinas van a ser movidas por la fuerza desde cualquier lugar<br />
del universo, pues en todo universo existe energía”<br />
Ese lema de su estandarte científico y el objetivo que no pudo alcanzar debido<br />
a que había intereses que se oponían a una energía libre<br />
Nikola Tesla nació en Croacia en 1856<br />
Tesla trabajó desde 1884 como asistente de Thomas Edison, a quién le<br />
describió cómo podía mejorar el efecto del generador de Edison<br />
El estadounidense le dijo que le daría 500 dólares si Tesla lo hacía<br />
Luego de varios meses de trabajo Nikola logró el objetivo<br />
Edison, no le pagó, al contrario, le dijo: “Tesla, usted no entiende el sentido<br />
del humor de los norteamericanos”<br />
Tesla tenía todas las de perder ante Edison, pues, científico de cepa se enfrentaba<br />
a un hombre de negocios, también de cepa<br />
Su más famosa invención fue la base para la transmisión inalámbrica de<br />
corriente eléctrica, conocido como la Bobina Transformadora Tesla<br />
Su argumentación se podía resumir en los siguientes párrafos<br />
En el universo hay energía cinética; no pasará mucho tiempo antes de que<br />
el ser humano tenga éxito en sincronizar su maquinaria con los engranajes<br />
mismos de la naturaleza<br />
Tesla estaba fascinado por la posibilidad de convertir energía del universo<br />
en energía libre y gratuita para que llegara a todos por igual<br />
185
Eso se lograría “conectándose a la verdadera fuerza de la naturaleza”<br />
Tesla decía que podía transmitir noticias y energía sin usar alambres, pero<br />
los banqueros ya habían comprado las minas de cobre<br />
El cobre era la principal materia prima para fabricar los cables por los cuales<br />
se distribuía la energía; no le permitieron lograr su objetivo<br />
Creó una torre de alta tensión para demostrar el transporte de energía gratuito<br />
y sin cable; solicitó más dinero para seguir con las investigaciones,<br />
Por supuesto que le negaron y el proyecto Wrdenclyffe tuvo que ser abandonado<br />
por falta de presupuesto; y su torre destruida<br />
En 1934 Tesla declaró al periódico “The Times” y dijo:<br />
“Espero vivir el tiempo suficiente hasta ser capaz de colocar un aparato en<br />
esta habitación que se ponga en marcha con la energía de los medios que<br />
se mueven alrededor”<br />
En 1901 Marconi envió la primera señal de radio declarando que había inventado<br />
la radio, aunque utilizó 17 patentes de Tesla<br />
En 1943, después de la muerte de Tesla, la Corte Suprema corrigió el<br />
error, pero los historiadores siguieron en la conspiración del olvido<br />
Veamos algunos de sus descubrimientos e inventos<br />
La radio<br />
El motor de corriente alterna<br />
La lámpara de pastilla de carbono (luz de alta frecuencia)<br />
El microscopio electrónico<br />
Un avión despegue y aterrizaje vertical<br />
El radar<br />
El submarino eléctrico<br />
186
P<br />
La Bobina de Tesla<br />
El control remoto<br />
Los Rayos X<br />
Métodos y herramientas para el control climático<br />
Transmisión de video e imágenes por métodos inalámbricos<br />
Transferencia inalámbrica de energía<br />
Sistemas de propulsión de medios electromagnéticos<br />
Extracción de energía desde cualquier punto de la Tierra<br />
Sin embargo, Leonid y Sergey Plekhanov<br />
del Instituto de Tecnología y Física<br />
de Moscú, son un par de científicos rusos<br />
que han estudiado a profundidad el<br />
trabajo de Nikola Tesla y dicen que harán<br />
una realidad el proyecto de la torre<br />
de energía gratuita y perpetua de Tesla,<br />
quien solo alcanzó a construir un prototipo,<br />
la Wardenclyffe Tower.<br />
Para construir la Torre de Tesla 2.0, los hermanos Plekhanov actualmente<br />
están juntando fondos, necesitan 800000 dólares<br />
Además, los científicos creen que la necesidad eléctrica mundial podría<br />
2<br />
ser satisfecha con la instalación de un panel solar de 316 kmP<br />
El panel sería instalado cerca del Ecuador; la declaración es una interpretación<br />
libre de la teoría de Tesla<br />
Energía gratuita sin cables inalámbrica que viajaría por el planeta a través<br />
de estas torres que Nikola diseño<br />
Antes de lograr ese objetivo será preciso luchar en contra de los magnates<br />
que se opones a una energía libre por sus inversiones.<br />
¿Alguna pregunta?<br />
187
-como de costumbre, hemos entendido todo profe; ahora queremos un<br />
nuevo desafío de Bono y, luego, la palabra bella<br />
Observen las tres siguientes figuras:<br />
¿Qué podrían hacer con ellas?<br />
Luego de varios cambios de ideas entre las comisiones, todos presentan la<br />
misma figura<br />
=<br />
¡Insuperable!<br />
Ahora, la palabra bella, profe<br />
Un soplo rojo sopla la Carabela; de infinito en infinito se bambolea<br />
El espacio ondula en vaivenes sin ritmo<br />
Recibe los corpúsculos de denso fuego<br />
Explota una brizna, las esquirlas forman un nuevo universo<br />
El tiempo torna a nacer sin haber nunca muerto<br />
Las esquirlas primeras se van ¡se van tan lejos!<br />
188
Las sombras de luz surcan los vírgenes vacíos, extendiendo el tiempoespacio<br />
más allá de la nada<br />
La tormentosa cabellera ondea a todos lados sin encontrar frontera en ninguno<br />
de ellos; ya se forma el Infinito<br />
No porque más allá de algo no haya nada, pero porque más allá de esto<br />
hay aquello;<br />
El gran impulso ya frena para caer otra vez en el enorme caldero<br />
Infinitos soplos rojos soplan las infinitas carabelas, que de infinito en infinito<br />
bambolean, bambolean<br />
-¡Es la teoría de las branas y de los múltiples Big Bangs<br />
-Cada vez los admiro y respeto más<br />
Con este capítulo damos por concluido el curso “Física Moderna”<br />
Los tres capítulos que siguen son complementarios<br />
Nos muestran las fechas y los grandes hallazgos de la Física<br />
189
17<br />
PRINCIPALES HAL<strong>LA</strong>ZGOS<br />
DE <strong>LA</strong> <strong>FÍSICA</strong> (I)<br />
La información de éste y los dos subsiguientes capítulos provienen de la<br />
página de Internet; CONYCIT<br />
Los Rayos X (1895)<br />
Aunque ahora se atribuye el descubrimiento a Nikola Tesla<br />
Wilhelm Röntgen descubre los rayos X y estudia sus propiedades; experimento<br />
con un tubo de rayos catódicos<br />
Previamente, los había forrado en un grueso papel negro<br />
El tubo además emitía unos misteriosos rayos que tenían la propiedad de<br />
penetrar los cuerpos opacos logra imprimir la primera radiografía en 1895<br />
Los llamó rayos X. Por este aporte fue galardonado con el primer premio<br />
Nobel de Física, en 1901<br />
La Radiactividad<br />
En 1898, Henri Becquerel descubre que el uranio emite una penetrante radiación<br />
se descubre la radioactividad y se aísla el radio<br />
Dos años más tarde, sus colegas Marie y Pierre Curie logran aislar el radio,<br />
con sus emisiones positivas (alfa) negativas (beta) y neutras (gama)<br />
El Electrón<br />
Joseph John Thomson experimenta con rayos catódicos, observados en tubos<br />
vacíos bajo alto voltaje<br />
190
En 1897 llega a la conclusión de que son “cuerpos negativamente cargados”;<br />
son los electrones, las primeras partículas indivisibles encontradas<br />
Los Cuantos<br />
Max Planck investiga los colores del calor de la materia incandescente<br />
En el año 1900 asume que la emisión y absorción de radiación ocurre en<br />
cantidades discretas y cuantificadas de energía<br />
Max Planck propone el quantum de energía<br />
Su hallazgo marcó el inicio de la teoría cuántica de la materia y la luz<br />
Ondas de radio<br />
En el año 1901, Guglielmo Marconi logra la generación de ondas de radio<br />
que son detectadas al otro lado del océano Atlántico<br />
Después de unos pocos años, la radio es ampliamente usada por los barcos<br />
en el mar y en todos los lugares<br />
La dualidad onda-partícula de la luz<br />
Albert Einstein declara que la luz, que tiene propiedades de onda, también<br />
estaba formada por paquetes de energía cuantificados y discretos<br />
En 1905 estos paquetes de energía fueron llamados fotones.<br />
Este modelo explica el efecto fotoeléctrico, esto es, la luz "expulsa" electrones<br />
de una placa de metal<br />
Con el hallazgo de Planck y el aporte de Einstein nace la Física Cuántica<br />
La Relatividad Especial (1905)<br />
Einstein publica su teoría de la relatividad especial<br />
En esa obra propone una nueva definición al tiempo y al espacio<br />
Nada puede moverse más rápido que la luz, que el tiempo y el espacio no<br />
son absolutos, y que la materia y la energía son equivalentes (E=mc 2 )<br />
191
Clasificación de las estrellas (1908-1913)<br />
Ejnar Hertzsprung y Henry Norris Russell correlacionan la energía emitida<br />
por una estrella con su temperatura<br />
Esto ordena los tipos estelares desde las rojas hasta las enanas blancas, y<br />
permite la comprensión de cómo las estrellas nacen y mueren<br />
La forma nuclear del átomo<br />
Ernest Rutherford (físico neozelandés que trabaja en Inglaterra) propone el<br />
modelo nuclear del átomo, en 1911<br />
Lo hace para explicar el "rebote" de las partículas alfa desde una delgada<br />
lámina de oro: el mismo año se descubre la superconductividad<br />
El físico holandés Heike Kamerlingh Onnes observa que el mercurio pierde<br />
su resistencia eléctrica a temperaturas cercanas al cero absoluto<br />
La estructura atómica de los cristales<br />
La técnica de la cristalografía de rayos X muestra la simetría de los cristales<br />
sólidos y revela la disposición de los átomos 1911-1912<br />
Esos experimentos fueron desarrollados por William y Henry Lawrence<br />
Bragg, padre e hijo, en Gran Bretaña y Max von Laue en Alemania en 1911<br />
Nuevo modelo atómico<br />
Se expone el modelo de átomo de Niels Bohr, físico danés en 1913<br />
En la nueva estructura del átomo, los electrones giran a grandes velocidades<br />
en órbitas circulares alrededor del núcleo<br />
Lo hacen ocupando la órbita de menor energía posible, esto es, la órbita<br />
más cercana al núcleo<br />
El electrón puede “subir” o “caer” de nivel de energía, para lo cual necesita<br />
"absorber" o “emitir” energía, vg. en la radiación o de fotones<br />
La teoría cuántica explica el espectro del hidrógeno<br />
192
Niels Bohr usa la idea del quantum para predecir la longitud de onda de la<br />
luz emitida por el hidrógeno incandescente<br />
La Relatividad General<br />
Albert Einstein extendió su teoría especial para describir la gravedad como<br />
una propiedad inherente al espacio-tiempo de cuatro dimensiones<br />
Con la teoría de la relatividad general, en 1915, Einstein reemplaza la ley<br />
de gravedad de Newton por una ecuación que explica la gravitación<br />
El universo expone la curvatura del espacio-tiempo; la teoría comprueba<br />
correctamente la desviación gradual de la órbita del planeta Mercurio.<br />
Se determina la magnitud de la constante cuántica<br />
En 1916, el norteamericano Robert Millikan usa el efecto fotoeléctrico que<br />
Einstein explicó en 1905, para medir h, la constante matemática de Planck<br />
De esta manera define la energía del quantum<br />
El Telescopio gigante<br />
Empieza sus operaciones en 1917, luego de haber sido instalado en la cima<br />
del Monte Wilson, en California<br />
Tiene un espejo de 100 pulgadas y fue el más grande durante 30 años<br />
El lugar es elegido por la tranquilidad y claridad de su atmósfera.<br />
Se comprueba la teoría de Einstein (1919)<br />
Se produce un eclipse solar<br />
La Real Sociedad Astronómica envía a un grupo de científicos para observar<br />
el fenómeno y confirmar o no la teoría de Einstein sobre la gravedad<br />
Durante el eclipse solar se comprueba la deflexión de la luz por el campo<br />
gravitacional, tal como predijo la teoría de la relatividad general<br />
De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad<br />
curva el espacio y desvía los haces de luz<br />
193
La Expansión del Universo (1922)<br />
La teoría de la relatividad general pronostica la expansión del universo,<br />
aunque Einstein en un principio rechazó el resultado<br />
La teoría general predijo que todo el espacio-tiempo se expande, como<br />
señaló el matemático y meteorólogo Alexander Friedmann<br />
La dualidad onda-partícula de la luz (1923)<br />
Las investigaciones de Arthur Holly Compton confirman el estado dual de<br />
la luz, pues las ondas electromagnéticas se comportan como partículas<br />
Se generaliza la dualidad onda-partícula de la materia (1923)<br />
Se propone la dualidad onda-partícula de la materia, no sólo de la luz<br />
Louis de Broglie generaliza la dualidad onda-partícula postulando que las<br />
partículas de materia también se comportan como ondas.<br />
La Naturaleza de las Galaxias (1923)<br />
Se descubre la naturaleza de las galaxias<br />
Edwin Hubble, usando el telescopio del Monte Wilson, determina que la<br />
galaxia Andrómeda está a un millón de años luz<br />
Luego afirmó que estaba a dos millones de años luz<br />
Esto resuelve un largo debate sobre las distancias cósmicas<br />
El principio del primer cohete (1924)<br />
Hermann Obert muestra cómo un cohete puede desarrollar suficiente velocidad<br />
de salida para vencer la atracción gravitacional de la Tierra<br />
Nuevos fundamentos para la mecánica cuántica (1925)<br />
Werner Heisenberg aplica las matemáticas de matrices para dar cuenta de<br />
los cuantos de luz discretos emitidos y absorbidos por los átomos<br />
Su hallazgo provee de una estructura a la nueva física cuántica.<br />
La estructura estelar (1925)<br />
Comienza el estudio de la estructura estelar<br />
194
El astrofísico Arthur Eddington encuentra una relación entre la masa de<br />
una estrella y la energía que irradia<br />
La naturaleza de la materia (1926)<br />
La ecuación de Erwin Schrödinger describe la naturaleza ondulatoria de la<br />
materia por medio de una ecuación matemática<br />
La mecánica cuántica se fortalece y consolida<br />
La Televisión (1926-1928)<br />
Baird transmite la primera imagen de televisión de objetos en movimiento;<br />
envía una película con tecnología inalámbrica que cruza el Atlántico<br />
Se prueba la dualidad onda-partícula (1927)<br />
Clinton Davisson y Lester Germer, del laboratorio de Teléfonos Bell, muestran<br />
que los electrones "rebotan"<br />
Rebotan desde una hilera de átomos en un cristal de níquel, de manera que<br />
las ondas de luz se reflejan y difractan desde una superficie corrugada.<br />
El Principio de Incertidumbre (1927)<br />
Werner Heisenberg establece su principio cuántico de incertidumbre<br />
De acuerdo con el principio, es imposible medir exactamente la posición y<br />
velocidad de una partícula al mismo tiempo.<br />
Origen de la Teoría del Big Bang (1927)<br />
Se postula que el universo comenzó desde un único evento<br />
Georges Lemaitre, postula que el universo comenzó su expansión desde<br />
un pequeño y caliente “huevo cósmico”<br />
Tal el origen de la teoría del Big Bang.<br />
Cambio de la longitud de la luz (1928)<br />
Se descubre una nueva interacción entre la luz y la materia.<br />
195
Chandrasekhara Venkata Raman anuncia que un haz de luz cambia su longitud<br />
de onda si es desviado por la materia<br />
Se predicen las antipartículas (1928)<br />
Combinando la relatividad especial con la mecánica cuántica, Paul Dirac<br />
elabora una ecuación para el comportamiento de los electrones<br />
Al hacerlo también predice la existencia de nuevas partículas con propiedades<br />
similares pero carga opuesta, llamadas antipartículas<br />
Se establece la expansión del universo (1929)<br />
Edwin Hubble descubre que mientras más lejos está una galaxia de nosotros,<br />
más de su luz se desplaza hacia el rojo<br />
Eso quiere decir que se separa de nosotros cada vez más rápido; este hallazgo<br />
apoya la versión sobre la expansión del universo lanzada en 1922<br />
Se inventa el motor de reacción a chorro (1930)<br />
Frank White patenta el primer motor de reacción a chorro, que sería puesto<br />
a prueba en un vuelo realizado en 1941.<br />
Se inventa el plástico (1930-1935)<br />
Hermann Staudinger muestra cómo las moléculas forman cadenas de polímeros,<br />
estructura fundamental del plástico<br />
Además, sugiere cómo hacer polímeros; Wallace Hume Carohers desarrolla<br />
el nylon y la goma sintética<br />
Se descubre el neutrón (1932)<br />
James Chadwick bombardea berilio con núcleos de helio y encuentra el<br />
neutrón, el segundo constituyente del núcleo atómico junto con el protón<br />
Esta partícula eléctricamente neutra puede ser usada para bombardear el<br />
núcleo y producir efectos de fusión o fisión<br />
Se encuentra la primera antipartícula (1932)<br />
Carl D. Anderson examina los rastros dejados por un rayo de partículas<br />
cósmicas en una cámara de niebla<br />
196
Anderson descubrió la huella de la trayectoria de un electrón positivo, o<br />
positrón, cuya existencia había sido adelantada por Paul Dirac en 1928<br />
Los Agujeros Negros (1932)<br />
Se postula el mecanismo de creación de agujeros negros<br />
Basado en la teoría de la relatividad general, Karl Schwarzschild había postulado<br />
en 1916 una nueva propiedad de un cuerpo denso<br />
Dijo que puede producir un efecto gravitacional tan fuerte que la luz no<br />
podría escapar; esto es, un agujero negro<br />
En 1932, Subrahmanyan Chandrasekhar calculó que una estrella de cierta<br />
masa colapsa bajo su propia gravedad y deviene en una enana blanca<br />
Dijo que para una masa mucho mayor el colapso puede llevar a una estrella<br />
de neutrones y finalmente a un agujero negro<br />
Se inventa el ciclotrón (1932)<br />
Ernest O. Lawrence y M. Stanley Livingston construyen un ingenioso dispositivo<br />
para estudiar el núcleo atómico<br />
Los sondea con partículas subatómicas energizadas<br />
Su ciclotrón acelera esas partículas haciéndolas pasar repetidamente por<br />
un ciclo a través de un campo eléctrico<br />
Produce partículas con una energía extremadamente alta<br />
El diseño inspira generaciones de aceleradores de partículas que examinan<br />
el núcleo y las partículas elementales.<br />
La Materia oscura (1933)<br />
Fritz Zwicky examina la rotación de las galaxias<br />
Deduce que ellas deben contener más masa de la que podemos ver y llama<br />
a este inexplicable material “materia oscura”.<br />
197
Se producen isótopos radioactivos artificiales (1934)<br />
Irène Joliot-Curie (hija de Pierre y Marie Curie) y su marido, Frédéric Joliot-Curie,<br />
bombardean aluminio con núcleos de helio<br />
Con ellos se intenta producir un isótopo radioactivo artificial: fósforo-30.<br />
Los isótopos radioactivos son prontamente utilizados en exámenes biológicos<br />
como la toma de yodo desde la glándula tiroides<br />
Se inventa la fotocopiadora (1935-1938)<br />
Chester Carlson inventa un método para copiar basado en el hecho de que<br />
el selenio se vuelve un buen conductor eléctrico cuando se ilumina<br />
La primera fotocopiadora comercial, Xerox modelo A, se operaba manualmente<br />
y usaba un papel especial<br />
La primera fotocopiadora automática fue la Xerox en 1959<br />
El sonido se graba en una cinta magnética (1936)<br />
El dispositivo llamado “magnetófono” usa cinta magnética<br />
El primero fabricado de polvo magnético aplicado a una tira de papel, para<br />
grabar un concierto dirigido por Sir Thomas Beecham<br />
Se encuentra un “electrón pesado” (1937)<br />
Entre los rayos cósmicos examinados en una cámara de niebla, Carl D. Anderson<br />
y Seth Neddermeyer encuentran el muón<br />
Es una partícula elemental 200 veces con mayor masa que un electrón<br />
Se inventa el radar (1937)<br />
El radar empieza a operar<br />
Robert Watson-Watt y otros ingenieros británicos desarrollan el radar<br />
(acrónimo de “Radio Detection and Ranging”<br />
Un método para detectar objetos distantes iluminándolos con ondas de radio<br />
y midiendo la señal reflectante<br />
198
Su primera aplicación fue en la defensa aérea.<br />
El mecanismo de producción de energía de las estrellas (1938)<br />
La física clásica no puede cuantificar la enorme energía que genera una<br />
estrella de tamaño promedio como nuestro sol<br />
El físico Hans Bethe explica este fenómeno en términos de la teoría de las<br />
reacciones nucleares y estimó la alta temperatura dentro de las estrellas<br />
Anunció que esas altas temperaturas causan que los núcleos de hidrógeno<br />
se fusionen, constituyan helio y liberen una gran energía<br />
Se encuentra un nuevo tipo de comportamiento de fluidos (1938)<br />
Trabajando a temperaturas cercanas al cero absoluto, Pyotr Kapitsa encuentra<br />
que el helio líquido tiene propiedades de súperfluido<br />
Fluye casi sin ninguna fricción interna<br />
Se observa la fisión nuclear en el uranio (1938-1939)<br />
Otto Hahn y Fritz Strassmann detectaron "elementos livianos" en el uranio<br />
irradiado con neutrones<br />
Lise Meitner y Otto Frish explican este resultado como una fisión nuclear<br />
La primera radio de frecuencia modulada (FM) (1939)<br />
La estación FM WKCR introduce la radio libre de estática en Nueva York.<br />
En 1941 la estación se pone en operaciones regularmente, programada por<br />
el Radio Club de la Universidad de Columbia.<br />
El primer helicóptero comercial 1939<br />
Vuela el primer helicóptero diseñado para la producción en masa, luego<br />
del primer intento de construir un helicóptero en 1910<br />
Igor Sikorsky usa los nuevos conocimientos en aerodinámica para construir<br />
y volar exitosamente su helicóptero VVS-300.<br />
¿Alguna pregunta?<br />
199
¿Otra muestra del pensamiento paralelo?<br />
Observemos la siguiente figura y deduzcamos que otras podemos formar<br />
tomándola como base<br />
El primer grupo presentó su trabajo:<br />
Otro mostró la siguiente<br />
Un tercer grupo exhibió su dibujo<br />
Lo mismo hizo el cuarto<br />
200
Y el quinto no se quedó atrás<br />
¡Sobresaliente, estimados alumnos!<br />
Profe, ahora la palabra bella<br />
La Selecta se despereza en su pedestal de humo, estira el puño<br />
Ha simulado dormir en los siglos; ha cedido el paso<br />
Ha hecho huella propia de huella ajena<br />
Ha visto que el miedo alcanza donde no la grandeza ni el honor<br />
pero más aquí del hambre<br />
Que el cariño abarca a do no mella ni honor, ni hambre, ni miedo ni grandeza;<br />
ha visto que Ser es más que ser<br />
Enterrada en el surco, ha sido semilla de donde todo ha germinado<br />
mas, no la semilla misma<br />
Ha recibido el pétalo, simulando no haber visto el guante de hierro<br />
Se ha sorprendido que el sentir de los sentires no sea táctil<br />
La Selecta se despereza y estira el puño<br />
Ya no germinante busca el salto al remolino<br />
La semilla estará en la probeta y en la duna del desierto<br />
Al guante de hierro, soplete de fuego<br />
201
Que no quiera, reiterar el amor por mandamiento, ni condenar a Dios, otra<br />
vez, a verdugo de la hoguera<br />
La Selecta se despereza en su pedestal de humo<br />
La Historia se ha ido; la Historia empieza<br />
Una de las alumnas pide la palabra<br />
Profe, como mujer siento en lo más recóndito de mí que las líneas que usted<br />
nos ha mostrado, recuerdan la discriminación de que somos objeto<br />
Al mismo tiempo, anuncia que la nueva historia traerá la igualdad de hombres<br />
y mujeres en lo que se refiere a la igualdad de oportunidades<br />
Cuánta razón tiene cuando dice: La Historia se ha ido; la Historia empieza<br />
En nombre de las mujeres, yo le agradezco esta parte de la palabra bella<br />
De inmediato toma la palabra un varón:<br />
Profe; las mujeres ya no estarán solas, nosotros estaremos con ellas para<br />
luchar, lado a lado, por la igualdad de oportunidades para todos.<br />
(El profe reflexiona que tal vez las nuevas generaciones sean los arquitectos<br />
de un mundo que ansía ser otro)<br />
202
18<br />
PRINCIPALES HAL<strong>LA</strong>ZGOS<br />
DE <strong>LA</strong> <strong>FÍSICA</strong> MODERNA (II)<br />
El primer reactor nuclear (1942)<br />
Debajo de las galerías del estadio de la Universidad de Chicago, un equipo<br />
encabezado por el Enrico Fermi inició la primera reacción en cadena<br />
Fue una reacción de fisión nuclear controlada, en una “pila atómica” que<br />
contenía uranio y grafito.<br />
Se produce el plutonio (1942)<br />
También se aísla el uranio–235; se realizan dos descubrimientos fundamentales<br />
den tecnología militar<br />
Glenn Seaborg y sus colegas bombardearon uranio en un ciclotrón y produjeron<br />
el elemento plutonio fisionable<br />
Uno de los nueve elementos nuevos más pesados que el uranio<br />
John Dunning y su equipo mostraron que el uranio-235 es una forma fisionable<br />
del uranio y desarrollaron un método para aislar este isótopo<br />
El plutonio-239 y el uranio-235 fueron la base de la producción de la bomba<br />
atómica<br />
El precursor de la primera computadora<br />
Alan Turing entra a trabajar para el GC&CS como criptoanalista<br />
Apenas tiene 26 años.<br />
Había estudiado en el King’s College de Cambridge y obtuvo el doctorado<br />
en la Universidad de Princeton, donde ha profundizado en criptología.<br />
203
Además, publicó textos sobre computación que serán el germen del ordenador<br />
moderno<br />
El aporte de Turing sirvió para decodificar los mensajes alemanes durante<br />
la Segunda Guerra Mundial<br />
Se termina el primer gran radiotelescopio (1947)<br />
Sobre el trabajo de Karl Jansky, Bernard Lowell y sus colegas construyen<br />
un radiotelescopio de 218 pies de diámetro, en Jodrell Bank (Inglaterra)<br />
Se inventa el transistor (1947)<br />
John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain son los inventores<br />
Se trata de un amplificador electrónico compuesto por pequeñas piezas de<br />
material semiconductor<br />
Este es el precursor del circuito integrado y de los chips de memoria.<br />
Se descubre el pión (1947)<br />
Con métodos fotográficos, Cecil Frank Powell encuentra evidencia en los<br />
rayos cósmicos estudiados del mesón pi o pión<br />
La existencia de esa partícula fu pronosticada por Yukawa en 1935<br />
Se formula la teoría moderna de luz (1948)<br />
También la electrodinámica cuántica<br />
Richard Feynman y Julian Schwinger y Sin-Itiro Tomonaga, desarrollan la<br />
electrodinámica cuántica (QED)<br />
Es la primera teoría completa de la interacción de fotones y electrones.<br />
Se modela el núcleo atómico (1949)<br />
María Goeppert Mayer y Hans Jensen, describen que el núcleo atómico<br />
está constituido por capas esféricas de neutrones y protones<br />
Esto explica la especial estabilidad del núcleo.<br />
204
La memoria de núcleo magnético para computador (1949)<br />
Jay Forrester, quien trabajaba para la Armada de Estados Unidos, concibe<br />
el uso de pequeños anillos que se pueden magnetizar en el norte o sur<br />
Servirían para representar los números binarios 1, 0<br />
Su memoria de centro de ferrito, tridimensional y de alta velocidad, llega a<br />
ser un hito en el diseño de computadores.<br />
Se publica investigación pionera en física de plasma (1950)<br />
En electrodinámica cósmica, Hannes Alfvén resume su trabajo temprano<br />
en física del plasma y el estudio de los gases ionizados<br />
Revela los fenómenos del campo magnético de la Tierra como la aurora<br />
boreal, la ciencia del espacio, y con investigaciones en fusión nuclear<br />
El primer computador electrónico (1951)<br />
John Mauchly y John Eckert construyeron una computadora con 5 mil tubos<br />
al vacío y almacenamiento de datos en cinta magnética<br />
En 1952, un computador Univac recopiló la votación presidencial de Estados<br />
Unidos, anticipando el triunfo de Dwight Eisenhower.<br />
Se analiza el ADN usando rayos X (1952)<br />
Rosalind Franklin realiza estudios del ADN utilizando rayos X; estos estudios<br />
se usan luego para establecer la estructura del ADN.<br />
El precursor del láser (1952-1953)<br />
Charles H. Townes y Alexander Mikhailovich Prokhorov y Nikolai Gennadiyevich<br />
Basov sugieren una forma de inducir a las moléculas<br />
El objetivo es que emitan microondas intensas y coherentes<br />
La estructura de doble hélice para el ADN (1953)<br />
Maurice Wilkins y Francis Crick y James Watson, descubrieron la estructura<br />
de doble hélice de la compleja molécula orgánica<br />
Es la que codifica la información genética: el ADN.<br />
205
Se inventa la celda solar (1954)<br />
Científicos de los laboratorios Bell desarrollan la celda fotovoltaica, un dispositivo<br />
de silicio que usa luz solar para generar una corriente eléctrica<br />
Nace la fibra óptica (1954-1956)<br />
Abraham van Heel descubre que un revestimiento de película mejora la<br />
transmisión de luz por fibras de vidrio<br />
Ese hallazgo lo conduce al rápido desarrollo de esta tecnología<br />
En 1956, Narinder Kapany acuña el término “fibras ópticas”<br />
En 1956-1957 se derriba una ley fundamental de las partículas elementales<br />
La ley de conservación de la paridad afirma que las partículas elementales<br />
y sus imágenes en un espejo deberían comportarse en forma idéntica<br />
Después de que Tsung-Dao Lee y Chen Ning Tang, declararon que algunos<br />
procesos subatómicos violan esta ley<br />
Un equipo liderado por Chien-Shiung Wu, confirma la predicción.<br />
La primera nave espacial orbital (1957)<br />
La Unión Soviética lanza el primer satélite artificial, el Sputnik I, de 184 libras<br />
de peso, seguido por el Sputnik II, de 1.000 libras.<br />
Se explica la superconductividad (1957)<br />
John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer resuelve el viejo acertijo de<br />
la superconductividad, descubierta en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes<br />
Demuestran que los electrones en superconductores forman pares cuyas<br />
propiedades cuánticas les permiten viajar sin perder energía<br />
Superconductividad es la capacidad que poseen ciertos materiales para<br />
conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía<br />
El circuito integrado (1958)<br />
Robert Noyce y Jack Kilby, inventaron el circuito integrado, que incorpora<br />
muchos transistores y otros componentes electrónicos en un solo chip<br />
206
Ese chip está hecho del semiconductor<br />
Túneles cuánticos (1958-1962)<br />
Leo Esaki usa túneles cuánticos que permiten a los electrones con comportamiento<br />
de onda, pasar barreras consideradas impenetrables<br />
El nuevo dispositivo electrónico se llama “diodo túnel”<br />
En 1962, Brian Josephson, estudiante de 22 años de la Universidad de<br />
Cambridge, descubre algo que complementa lo anterior<br />
Los pares de electrones pueden perforar un túnel entre dos superconductores<br />
separados, un efecto que se usa en múltiples aplicaciones<br />
Un nuevo efecto cuántico (1959)<br />
David Bohm y Yakir Aharonov predijeron que un campo magnético afecta<br />
las propiedades cuánticas de un electrón<br />
Se construye el primer láser (1960)<br />
Theodore Maiman extrae una brillante y altamente concentrada luz de color<br />
muy puro de un cilindro de rubí<br />
El láser es un producto de la teoría cuántica y pronto se usa en un amplio<br />
rango de aplicaciones comerciales.<br />
Láser semiconductores (1962)<br />
Investigadores descubren que los dispositivos diodos basados en el semiconductor<br />
arseniuro de galio convierten la energía eléctrica en luz<br />
En la década de 1990, se fabricaron billones de láser semiconductores cada<br />
año para usarlos en telecomunicaciones y reproductores de CD.<br />
Se descubren los quásares (1963)<br />
Marten Schmidt analiza el corrimiento al rojo de la luz emitida por el objeto<br />
astronómico 3C 273 y muestra que está extremadamente distante<br />
Este es el primer quásar conocido, un objeto que se ve similar a una estrella,<br />
pero más brillante que algunas galaxias<br />
207
Los quásares pueden ser asociados con agujeros negros gigantes<br />
Se postula la existencia de los quarks (1964)<br />
Murray Gell-Mann y George Zweig postulan en forma independiente la<br />
existencia de los quarks que son partículas con cargas eléctricas<br />
Esto introduce un nuevo orden dentro del mundo subatómico.<br />
Ley de Moore (1965)<br />
Gordon Moore nota que el número de elementos activos que se pueden<br />
instalar en un chip de computador se duplica cada 18 meses<br />
La ley de Moore continúa vigente por más de tres décadas<br />
La Fibra óptica (1966)<br />
Charles Kao y George Hockham demuestran las propiedades del vidrio<br />
comoes un medio eficaz de transmisión a larga distancia<br />
La pérdida de luz en las fibras de vidrio se podía disminuir enormemente<br />
en las transmisiones de energía a larga distancia<br />
Unificar las fuerzas fundamentales (1967)<br />
Steven Weinberg, Sheldon Glashow y Abdus Salam crean la teoría “electrodébil”,<br />
que une las fuerzas electromagnética y nuclear débil<br />
La fuerza resultante se llama “electrodébil”<br />
En 1983, Carlo Rubbia y su equipo confirman la predicción de esta teoría<br />
Lo hacen con el descubrimiento de los bosones pesados W y Z, portadores<br />
de la fuerza débil<br />
El horno de microondas (1967)<br />
La Corporación Raytheon adapta la tecnología del radar WW II para desarrollar<br />
el horno de microondas para uso doméstico<br />
Los neutrinos solares (1967)<br />
La fusión termonuclear que da la potencia al Sol produce neutrinos, partículas<br />
elementales que tienen muy poca masa o no la tienen<br />
208
Raymond Davis construye el primer detector de neutrinos solares en las<br />
profundidades de una mina de oro en los EEUU<br />
Se descubren los púlsares (1967-1968)<br />
Se los interpretan como estrellas de neutrones.<br />
En Inglaterra, la estudiante graduada Jocelyn Bell y su asesor Anthony Hewish<br />
descubren pulsos periódicos de radio de estrellas fijas<br />
Thomas Gold propone que esos púlsares son estrellas de neutrones giratorias,<br />
los remanentes densos de explosiones de supernovas.<br />
El ser humano llega a la Luna (1969)<br />
Se da inicio a la exploración humana directa de los cuerpos astronómicos<br />
El astronauta Neil Armstrong se convierte en el primer ser humano que<br />
camina en la Luna<br />
Primera evidencia directa de los quarks (1969)<br />
Jerome I. Friedman, Henry Kendall, Richard E. Taylor y otros encuentran la<br />
primera evidencia de que los quarks existen sin duda alguna<br />
La teoría original había sido propuestao en 1964<br />
Los chips de silicio (1970)<br />
La empresa Intel introduce los chips de memoria para computadores<br />
Tenían una capacidad, capaces de almacenar 1024 bits de información<br />
Aparece la fibra óptica (1970)<br />
Se fabrica con éxito el primer lote de fibras ópticas con la transparencia<br />
suficiente para realizar una comunicación efectiva<br />
Grandes Telescopios (1970)<br />
Telescopios de 157 pulgadas en Arizona y en Cerro Tololo (Chile) y una<br />
unidad de 88 pulgadas en la cumbre del volcán Mauna Kea (Hawaii)<br />
Además, un radiotelescopio de 300 pies de extensión comienza a hacer<br />
observaciones cerca de Bonn (Alemania)<br />
209
El Modelo Estándar (1970-1973)<br />
Se desarrolla el modelo estándar de partículas elementales<br />
El modelo estándar explica tres de las cuatro fuerzas fundamentales: electromagnética<br />
y de interacción fuerte y débil; omite sólo la gravedad<br />
Se introduce la resonancia magnética nuclear (MNR) (1971-1980)<br />
Sirve para para el diagnóstico médico<br />
En 1939, Isidor Isaac Rabi había mostrado cómo estudiar átomos y moléculas<br />
mediante sus propiedades magnéticas<br />
En 1946, Edward M. Purcell y Felix Bloch, aplicaron en sólidos y líquidos<br />
En 1971, investigadores comienzan a adaptar esta técnica, para la producción<br />
de imágenes y examinar estructuras internas del cuerpo<br />
Teoría de las Súpercuerdas (1971-1980)<br />
Se propone una posible teoría del todo o teoría de las Supercuerdas<br />
Michael Green John Schwarz extienden la teoría de las a la teoría de las<br />
supercuerdas.<br />
La teoría de las Supercuerdas considera a las partículas elementales como<br />
vibraciones de cuerdas diminutas<br />
Para 1997, la teoría de las supercuerdas parece capaz de unir la mecánica<br />
cuántica con la teoría de la relatividad<br />
Así, explicar todas las partículas y fuerzas conocidas, inclusive la gravedad,<br />
aunque no hay una prueba experimental todavía<br />
Primer examen de tomografía computarizada (1972)<br />
Con métodos desarrollados por Allan Cormack y Godfrey Hounsfield se<br />
combina imágenes de rayos X mediante programas de computación<br />
Se intenta así, mostrar el interior del cuerpo humano en tres dimensiones<br />
210
El examen de tomografía computarizada se convierte en una técnica de<br />
imágenes no invasivas de gran uso en medicina<br />
Se encuentra una nueva forma de superfluido formado de helio<br />
En en una muestra de temperatura apenas sobre el cero absoluto, Douglas<br />
Osheroff, Robert Richardson y David Lee identifican el isótopo helio-3<br />
Demuestran que se vuelve un superfluido, un líquido que fluye sin fricción<br />
interna<br />
La superconductividad (1911) la superfluidez (1938) y la acción láser<br />
(1952) son ejemplos del comportamiento cuántico observable<br />
Los agujeros negros emiten radiación (1974)<br />
Se propone un mecanismo por el cual los agujeros negros emiten radiación<br />
Stephen Hawking, declara que los agujeros negros pueden causar emisiones<br />
de partículas subatómicas y evaporarlas<br />
Primera conexión de fibra óptica (1976)<br />
La prueba se realizó con éxito en AT&T, EE. UU; allí se instalaron dos cables<br />
de fibra óptica, c/u medía 630 metros de largo y contenía 144 fibras<br />
Se introduce el computador Apple II (1977)<br />
Steven Jobs y Stephen Wozniak realizan la primera venta de un computador<br />
personal ensamblado en vez de vender sólo partes<br />
El Apple II incluye su propio teclado, fuente de alimentación y ocho zócalos<br />
para dispositivos periféricos<br />
Esas innovaciones permitieron a los usuarios posibilidades de incorporar<br />
dispositivos y programas de software complementarios<br />
Además de ser capaz de generar gráficos en color<br />
No tuvo rival hasta la aparición del PC IBM en 1981.<br />
211
Se confirma la existencia de la materia oscura (1978)<br />
Fritz Zwicky, había propuesto en 1933, lo que sería confirmado por Vera<br />
Rubin analizan la rotación de las galaxias<br />
La gravedad es insuficiente para mantener juntos los objetos de una galaxia;<br />
las galaxias también deben contener materia invisible u oscura<br />
Se desarrollan las teorías de polímeros y cristal líquido (1979)<br />
Pierre-Gilles de Gennes hace conocer el resultado de sus investigaciones<br />
sobre los polímeros y cristal líquido..<br />
Se propone el universo "inflacionario" (1980)<br />
El Big Bang es generalmente aceptado como el origen del universo<br />
Pero no explica detalles de la distribución de la radiación cósmica de fondo<br />
y en otras observaciones<br />
Alan Guth genera ideas de física de partículas que proponen que el Big<br />
Bang fue seguido por un tiempo de crecimiento extremadamente rápido<br />
Ésa es la base de la teoría Inflacionaria<br />
Se utiliza el láser en cirugía (1981)<br />
El láser remueve tejidos con el calor mínimo de su potencia<br />
En 1961, solo un año después de este invento, un físico y oftalmólogo usa<br />
un láser de rubí para destruir un tumor en la retina de un ojo humano<br />
Luego, se desarrolla la cirugía láser para esculpir la córnea.<br />
212
20<br />
PRINCIPALES HAL<strong>LA</strong>ZGOS<br />
DE <strong>LA</strong> <strong>FÍSICA</strong> MODERNA<br />
(III)<br />
Origen a la nanotecnología moderna (1981)<br />
Se inventa el microscopio de barrido por efecto túnel; Gerd Binnig y Heinrich<br />
Rohrer desarrollan un microscopio especial<br />
Examina un espécimen midiendo minúsculas corrientes eléctricas entre la<br />
superficie y una finísima punta metálica<br />
La técnica puede producir un mapa generado por computadora de la superficie<br />
mostrando los contornos de átomos individuales.<br />
Se presenta el disco compacto (CD) (1982)<br />
El disco compacto (CD) que porta información codificada como concavidades<br />
leídas por un láser, es introducido con los reproductores de CD<br />
Se descubre el carbono 60 (1985)<br />
También llamado fullereno; Richard Smalley, Robert Curl y Harold Kroto<br />
descubren que 60 átomos de carbón pueden ordenarse por sí mismos<br />
Lo hacen en moléculas con forma similar a un balón de fútbol o una cúpula<br />
geodésica como la diseñada por Buckminster Fuller<br />
Estos fullerenos proveen una base flexible para el diseño y aplicación de<br />
nuevos materiales.<br />
Superconductores de “alta temperatura” (1986)<br />
Karl A. Müller y Johannes Georg Bednorz descubren materiales que se<br />
convierten en superconductores a temperaturas sobre el cero absoluto<br />
Esto incrementa el rango de usos comerciales de la superconductividad.<br />
213
Se detectan neutrinos (1987)<br />
Neutrinos y rayos gamma desde una supernova<br />
Se detecta neutrinos desde la Supernova 1987A, en la Gran Nube Magallánica,<br />
lo que indica el colapso del corazón estelar<br />
Los hallazgos subsiguientes de rayos gamma confirman la síntesis de elementos<br />
pesados en la explosión<br />
El primer cable transatlántico de fibra óptica (1988)<br />
Se instala el primer sistema transatlántico de fibra óptica entre Europa y<br />
Estados Unidos<br />
La transparencia del cristal usado permite que los amplificadores estén<br />
separados unos 64 km<br />
El cable tiene una capacidad de 8.000 líneas telefónicas; los sistemas actuales<br />
multiplican por 100 la esa capacidad<br />
Se encuentra la Gran Muralla de galaxias (1989)<br />
Luego de inspeccionar 5 mil galaxias, Margaret Geller y John Huchra encontraron<br />
que estas están ordenadas en delgadas láminas<br />
Esas láminas, a su vez, están enrolladas alrededor de huecos gigantescos<br />
casi vacíos de galaxias, como burbujas de espuma de jabón<br />
Entre esas láminas, la Gran Muralla se extiende por millones de años luz Es<br />
la estructura más grande conocida del universo.<br />
Se lanza la World-Wide Web (1989)<br />
Tim Berners-Lee y sus colegas de la base suiza del Laboratorio Internacional<br />
de Partículas Elementales CERN, crean el Protocolo<br />
Ese protocolo de Traspaso de Hipertexto es un modo de comunicación estandarizado<br />
para redes computacionales<br />
El software, “apuntar y pulsar”, se introduce en 1993, y el HTTP se convierte<br />
en el gran recurso de transferencia de información en Internet<br />
214
1989-1992<br />
Se explora la radiación cósmica de fondo<br />
La NASA lanza el satélite Cosmic Background Explorer (Cobe) (Explorador<br />
de Fondo Cósmico), en 1989<br />
El Cobe graba mapas de variaciones por minuto en la radiación térmica,<br />
representado por diferentes colores, a través del cielo.<br />
El Telescopio Espacial Hubble (1990)<br />
El gran telescopio comienza a operar<br />
Se pone en órbita sobre la atmósfera oscura de la Tierra construido bajo la<br />
supervisión de la NASA<br />
Después de corregir un desperfecto, el Hubble examina el universo con<br />
alta resolución en longitudes de onda desde el ultravioleta al infrarrojo<br />
Se completa el GPS (1993)<br />
Concluye las investigaciones sobre el Sistema de Posicionamiento Global<br />
un proyecto que había durado 20 años<br />
La Fuerza Aérea de Estados Unidos lanza los últimos de 24 satélites Navstar<br />
que contienen relojes atómicos<br />
Usuarios en cualquier parte de la Tierra pueden determinar ubicaciones<br />
precisas desde esta red para diversos usos<br />
Entre ellos, la navegación, la guía de tráfico automovilístico, la investigación<br />
geofísica…<br />
Un reactor de fusión nuclear (1993)<br />
Trabajando a temperaturas más altas que las que existen en el interior del<br />
Sol, se instala el reactor Tokamak de la Universidad de Princeton<br />
El reactor genera megavatios de poder por un segundo mediante fusión<br />
termonuclear de isótopos de hidrógeno<br />
215
Aunque entrega menos energía de la que usa, constituye un paso importante<br />
hacia la obtención de poder mediante fusión.<br />
El acelerador del siglo XXI (1994)<br />
El Consejo Europeo para la Investigación Nuclear [CERN]) aprueba la<br />
construcción del más poderoso acelerador de partículas del mundo<br />
Actualmente acelera y provoca la colisión de rotones de alta energía en<br />
busca de objetos como el Bosón Higgs<br />
El bosón interactúa con las partículas elementales dotándolas de masa<br />
Nuevas técnicas físicas para secuenciar el ADN (1994)<br />
El Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990 para analizar la secuencia<br />
del ADN humano, la que nos daría un completo mapa genético (genoma)<br />
En 1994 se proponen nuevos métodos físicos de secuencia<br />
Varios usan rayos láser, métodos fotolitográficos desarrollados por la industria<br />
de semiconductores y detección de moléculas individuales.<br />
Se encuentra el quark top (1995)<br />
Se detecta el sexto y último miembro de la familia quark de partículas fundamentales<br />
La rotación del núcleo interno de la Tierra (1995)<br />
Xiaodong Song y Paul Richards muestran que el corazón interior sólido de<br />
la Tierra, es de 1.500 millas de diámetro<br />
Y gira dentro del líquido externo del núcleo ligeramente más rápido que el<br />
resto del planeta.<br />
Un nuevo estado de la materia (1995)<br />
Se alcanza por la condensación de miles de átomos (condensado Bose-<br />
Einstein)<br />
En 1924-1925, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein predijeron que átomos<br />
muy fríos podrían condensarse en un único estado cuántico<br />
216
En 1995, Eric Cornell, Carl Wieman y el equipo de investigación atrapan<br />
una nube de 2 mil átomos metálicos congelados<br />
Tenían una temperatura de menos de una millonésima de grado sobre el<br />
cero absoluto, y produce el condensado de Bose-Einstein<br />
Este logro conduce a la construcción del láser atómico en 1997<br />
El nuevo estado de la materia alcanzado en este “superátomo”, se llamará<br />
condensado Bose-Einstein o “burbuja mecánica cuántica”<br />
Es decisivo en el desarrollo de la nanotecnología<br />
La exploración de Marte (1997)<br />
Una astronave de la NASA aterriza en Marte y deja el Sojouner un pequeño<br />
vehículo con ruedas que examina la superficie y sus rocas<br />
Los neutrinos solares (1998-2008)<br />
Se puede resolver el rompecabezas de los neutrinos solares<br />
Físicos nucleares y astrofísicos habían predicho el número de neutrinos<br />
producidos en la fusión solar que podrían llegar a la Tierra<br />
Pero los experimentos detectaron sólo un tercio de ellos<br />
La solución del misterio postula que los neutrinos tienen masa, así, y evitan<br />
ser detectados al cambiar sus características camino a la Tierra<br />
El experimento ilustra la interdependencia de los reinos atómico y cósmico<br />
de una forma que no acepta discusión<br />
Las ondas gravitacionales (2000-2010)<br />
Abren una nueva ventana al universo<br />
Se cree que las ondas gravitacionales se agitan en el espacio-tiempo del<br />
universo y se espera un nuevo sistema de detección planificado<br />
La fotónica compite con la electrónica<br />
217
En principio, los fotones pueden transmitir, manipular y almacenar información<br />
de manera más eficiente que los electrones<br />
Las fibras ópticas reemplazan los cables de cobre que han sido usados para<br />
la transmisión de datos por más de un siglo<br />
Pero, el computador “todo-óptico”, con circuitos fotónicos integrados, se<br />
encuentra aún en un grade incipiente de investigación pañales<br />
Cuando madure, serán posibles nuevas y revolucionarias formas de hacer<br />
"pensar" a las máquinas.<br />
Aquí termina el curso, estimados alumnos; buena suerte en el examen final<br />
Gracias por todo, Profe.<br />
218