domingo, 17 de noviembre del 2019 Fecha
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Cosas de la Mecánica Cuántica

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (1)

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¡La Física! Esa maravilla que está presente en todo lo que podemos ver y en aquello donde la vista no llega. La infinitud de las partículas elementales que forman todo cuanto existe en la Naturaleza, no siempre se dejan ver ni hacen posible que podamos observar las maravillas que pueden llevar a cabo.

Las sustancias formadas por una sola clase de átomos se llaman elementos químicos, y, si está conformada por distintos átomos, son compuestos. La palabra “átomo” procede del griego ατομος, que significa “indivisible” y el uso de la palabra “elemento” sugiere que se ha llegado a los ladrillos básicos con los que está formada la materia. De hecho, esta es la imagen que se tenía a mediados del siglo XIX cuando se acuñaron estos términos. Sin embargo, hoy sabemos que todo esto es falso, que los átomos se pueden dividir y que, de esta manera, los elementos han dejado de ser verdaderamente elementales. Los físicos continúan con esta nomenclatura aunque sea formalmente incorrecta, ya que, la costumbre, como dicen los juristas, no pocas veces rigen la jerga de las leyes.

A todo esto y hablando de los átomos, por fuerza, nos tenemos que acordar del electrón que da al átomo su forma esférica. Son partículas cargadas eléctricamente que se mueven alegremente alrededor del núcleo. El electrón es muy ligero: su masa es solamente 1/1.8836 de la del núcleo más ligero (el hidrógeno). La carga eléctrica del electrón es de signo opuesto a la del núcleo, de manera que los electrones están fuertemente atraídos hacia el núcleo y se repelen mutuamente. Si la carga eléctrica total de los electrones en un átomo iguala a la del núcleo, para lo que generalmente se necesitan varios electrones, se dice que el átomo está en equilibrio o que es eléctricamente neutro.

Claro que, no debemos olvidarnos de que, ¡Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas! Una inmensa galaxia se conforma de un conjunto inmenso de átomos inifinitesimales que juntos, hace ese gran todo.

http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/labdemfi/electrostatica/fotos/carga_globo_g.gif

La fuerza a la que obedecen los electrones, la denominada fuerza electrostática o de Coulomb, es matemáticamente bastante sencilla y, sin embargo, los electrones son los responsables de las importantes propiedades de los “enlaces químicos”. Esto se debe a que las leyes de movimiento de los electrones están regidas completamente por la “mecánica cuántica”, teoría que se completó a principios del siglo XX. Es una teoría paradójica y difícil de entender y explicar, pero al mismo tiempo es muy interesante, fantástica y revolucionaria. Cuando uno se introduce en las maravillas de la mecánica cuántica es como si hiciera un viaje a un universo que está situado fuera de este mundo nuestro, ya que, las cosas que allí se ven, desdicen todo lo que dicta nuestro sentido común de cómo tiene que ser el mundo que nos rodea.

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La perfecta sincronía Está en la Naturaleza

No solamente los electrones, sino también los núcleos atómicos y los átomos en su conjunto obedecen y se rigen por la mecánica cuántica. La Física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck, escribió un artículo de ocho páginas y allí propuso una posible solución a un problema que había estado intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menos intensidad, por los objetos más fríos.

Estaban bien aceptados entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía. Pero si usamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de la radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano, y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico a una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para las longitudes mayores como para las longitudes menores. Esta longitud característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta del objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273 ºC bajo cero). Cuando a 1.000 ºC un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de luz visible.

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en paquetes de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de la onda y, por lo tanto, proporcional a la frecuencia de la radiación emitida. La sencilla fórmula es:

E = h x v

Donde E es la energía del paquete, v la frecuencia y h es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck. Cuando Planck calculó la intensidad de la radiación térmica imponiendo esta nueva condición, el resultado coincidió perfectamente con las observaciones.

Los cuantos de energía etán presentes por todas partes y en todos los objetos

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una forma mucho más tajante: el sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en paquetes de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos de los paquetes de energía de Planck. El príncipe francés Louis-Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, propuso que no sólo cualquier cosa que oscila tiene una energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta región del espacio, y que la frecuencia, v, de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas diferentes ondas oscilatorias de campos de fuerza.

El curioso comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de De Broglie. Poco después, en 1926, Erwin Schrödinger descubrió como escribir la teoría ondulatoria de Debroglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños estaban exactamente determinados por la recién descubiertas “ecuaciones de onda cuánticas”.

Pocas dudas nos pueden caber a estas alturas de que la mecánica cuántica (de Planck) y, la Relatividad –tanto especial como general- (de Einstein), además de ser las dos teorías más importantes de la Física de nuestro tiempo, funcionan de tal forma que uno, cuando profundiza en sus predicciones y las compara con lo que ocurre en el Universo, no puede por menos que, asombrarse, al comprobar como unas mentes humanas han sido capaces de llegar a estos profundos pensamientos que nos acerca a la realidad de la Naturaleza.

emilio silvera

Las Nebulosas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Nebulosas    ~    Comentarios Comments (1)

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Podríamos hablar del viaje de la luz, desde que surgió a partir del Big Bang (si fue ese el comienzo de todo), y suponiendo que ya tengamos los aparatos tecnológicos precisos para poder leer, los mensajes que la misma luz lleva escritos de lo que allí, en aquellos comienzos, pudo pasar. La Luz que es emitida por los cuerpos celestes y que nos trae su memoria que están recogidas en el interior de las partículas elementales que son las que dan forma a todos los objetos grandes constituídas en moléculas. Es realmente un canto a la Luz, a su compleja estructura que no hemos llegado a comprender. La luz nos trae mensajes y recuerdos de los orígines en remanentes de estrellas supermasivas que dieron lugar a la creación de otras estrellas y sistemas planetarios y, ¿quién sabe? si también formas de vida.

Sí, el Universo tiene memoria

 

 

¿Cuál es el antecesor común de todas las formas de vida? Ésta es sin duda una incógnita de gran importancia, ya que dentro de este esquema se forma el tronco común, de donde emergieron los organismos superiores primitivos (eucariontes), las bacterias y las arqueobacterias.

Aunque no podamos ubicar con exactitud dónde empezó la vida de una manera categórica, parece cada vez más probable que, una vez acabado el bombardeo al que fue sometida la Tierra en su juventud, la vida surgió confinada en lugares situados o bien por debajo del lecho marino, o bien cerca de las chimeneas volcánicas, o dentro de los sistemas hidrotermales en las margenes de las dorsales oceánicas. Una vez establecida al resguardo de lugares semejantes, el camino quedó abierto para la proliferación y diversificación.

¡La Vida! ¿Cómo pudo suceder?

NEBULOSAS

 

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Esta bonita imagen de arriba es de NGSC 7129

 

Aunque ya en épocas en que se confundían con las galaxias los astrónomos griegos anotaron en sus catálogos la existencia de algunas nebulosas, las primeras ordenaciones exhaustivas se realizaron a finales del siglo XVIII, de la mano del francés Charles Messier y del británico William F. Herschel.

En el siglo XX, el perfeccionamiento de las técnicas de observación y la utilización de dispositivos de detección e ondas de radio y rayos X de procedencia no terrestre completaron un detallado cuadro de Nebulosas, claramente diferenciadas en origen y características de las galaxias y los cúmulos de estrellas, lo que hizo posible estudiar sus propiedades de forma sistemática.

En la Tabla de Objetos Messier, existen clasificadas muchas de ellas, y, entre las más conocidas podríamos citar a las siguientes:

Crab Nebula.jpg

-Nebulosa del Cangrejo en Tauro, el remanente de una supernova que tiene escondido un púlsar en sus entrañas.

 

 

M8: La Nebulosa de La Laguna

 

-Nebulosa de la Laguna en Sagitario

 

 

Trifid 3.6 8.0 24 microns spitzer.png

 

-Nebulosa Trífida en Sagitario

 

 

 

-Nebulosa de Dumbell en Vulpécula

 

 

 

-La Gran Nebulosa de Orión en Orión

 

 

 

-Nebulosa Brillante en Orión

 

 

-Nebulosa brillante “del anillo” en Lira

 

 

 

-Nebulosa planetaria “del Búho” en Osa Mayor

 

 

 

-Nebulosa de Orión, M42

 

 

 

-Nebulosa de la Cabeza de Caballo

 

 

 

-Nebulosa Norteamericana en la Constelación del Cisne. Enclavada justo en el centro de la constelación del Cisne, muy cerca de la brillante estrella Deneb, se encuentra la Nebulosa de Norteamérica (NGC 7000).

Las Nebulosas Moleculares Gigantes se encuentran mayoritariamente en los Brazos Espirales de las galaxias de disco, y son el lugar de mayor nacimioento de estrellas… sistemas planetarios y… ¿Por qué no decirlo? posibles mundos con las condiciones necesarias para el surgir de la vida.

 

 

 

 

 

Existen casi 4 000 nubes de este tipo sólo en nuestra Galaxia,  y cada una tiene una masa que oscila entre 100 000 y 200 000 masas solares. El Hidrógeno y el Helio presentes en las Nebulosas existen desde el principio del Universo. Los elementos más pesados, como el Carbono, Oxígeno, Nitrógeno y Azufre, de más reciente formación, proceden de transmutaciones estelares que tienen lugar en el interior de las estrellas (lo explicamos en los primeros trabajos presentados con motivo de esta conmemoración del Año Internacional de la Astronomía 2009).

Y, como sería interminable el reseñar aquí todas la Nebulosas existentes en el cielo, sólo nos limitamos a dejar una reseña de varias de ellas de entre un inmenso número de variadas Nebulosas que pueblan el Universo.

Lo que es ineludible por ser el objetivo principal de divulgar el conocimiento de la Astronomía, al tratar sobre Nebulosas, es explicar lo que una Nebulosa es, y, las clases o variedades más importantes que de ellas existen, así que, sin más preámbulo pasamos a exponer lo que son estos objetos del cielo.

CLASES DE NEBULOSAS

Extraña nube molecular

Se llama Nebulosa a una nube de gas y polvo situada en el espacio. El término se aplicaba originalmente a cualquier objeto con apariencia telescópica borrosa, pero con en advenimiento de instrumentos más potentes Tecnológicamente hablando, se descubrió que muchas nebulosas estaban en realidad formadas por estrellas débiles. En 1864, W. Huggins descubrió que las verdaderas nebulosas podían distinguirse de aquellas compuestas de estrellas analizando sus espectros.

En la actualidad, en término Nebulosa significa nebulosa gaseosa. El término nebulosa extragaláctica, utilizado originalmente para describir galaxias es ahora obsoleto. Existen tres tipos principales de nebulosas gaseosas:

  1. Las Nebulosas de emisión, que brillan con luz propia.
  2. Las Nebulosas de reflexión, que reflejan la luz de fuentes brillantes próximas como estrellas.
  3. Las nebulosas oscuras (o nebulosas de absorción), que aparecen oscuras frente a un fondo más brillante.

Este amplio esquema de clasificación ha sido extendido sobre todas las longitudes de onda, dando lugar a términos como nebulosas de reflexión infrarroja. Las nebulosas de emisión incluyen a las nebulosas difusas o regiones H II situadas alrededor de las estrellas jóvenes, las nebulosas planetarias que se hallan alrededor de las estrellas viejas y los remanentes de supernovas.

NEBULOSA BIPOLAR

Nube de gas con dos lóbulos principales que están situados simétricamente a cada lado de una estrella central. Esta forma bipolar se debe a la eyección de material por la estrella en direcciones opuestas. En algunos casos el material que fluye escapa a lo largo del eje de rotación de un denso disco de material que rodea a la estrella, y que la puede oscurecer completamente en longitudes de onda óptica.

Las Nebulosas bipolares pueden ser producidas por el flujo de materia procedente de estrellas muy jóvenes o muy viejas.

NEBULOSA BRILLANTE

La Nebulosa del Casco de Thor!

Nube luminosa de gas y polvo interestelar. El término incluye a las nebulosas de emisión, en las que el gas brilla con luz propia; y las nebulosas de reflexión en las que el gas y el polvo reflejan la luz de las estrellas cercanas.

NEBULOSAS DE ABSORCIÓN – NEBULOSA OSCURA

Imagen

Ahí, en el centro, podemos contemplar la oscuridad de la Nebulosa “Saco de Carbón”

Nube de gas y polvo interestelar que absorbe la luz que incide sobre ella desde detrás, de manera que parece negra frente a un fondo más brillante. La luz absorbida calienta las partículas de polvo, las cuales rerradian parte de esa energía en forma de radiación infrarroja. Parte de la luz del fondo no es absorbida, sino que es difundida o redirigida. La Nebulosa de la Cabeza del Caballo en Orión es una famosa nebulosa oscura; otro ejemplo es el Saco de Carbón, cerca de Cruz que oculta parte de la Vía Láctea.

NEBULOSA DE EMISIÓN

Nube luminosa de Gas y polvo en el espacio que brilla con luz propia. La luz puede ser generada de varias maneras. Usualmente el gas brilla porque está expuesto a una fuente de radiación ultravioleta; algunos ejemplos son las regiones H II y las Nebulosas planetarias, que son ionizadas por estrellas centrales.

El gas también puede brillar porque se ionizó en una colisión violenta con otra nube de gas, como en los objetos Herbig-Haro. Finalmente, parte de la luz de los remanentes de supernovas como la Nebulosa del Cangrejo está producida por el proceso de radiación sincrotón, en el que las partículas cargadas se mueven en espiral alrededor de un campo magnético Interestelar.

NEBULOSA NORTEAMÉRICA

Nebulosa difusa en Cygnus, también conocida como NGC 7000, con forma parecida al continente norteamericano. Sus dimensiones son de 2º x ½º y se encuentra a 1 500 a.l., similar a la distancia de la brillante estrella Deneb. Sin embargo, la estrella que lo ilumina se cree que no es Deneb, sino una caliente estrella azul de magnitud 6 situada dentro de la nebulosa HR 8023. Cerca de la Nebulosa Norteamericana se encuentra la Nebulosa del Pelícano, tratándose en realidad de parte de la misma enorme nube que se extiende 100 años-luz.

NEBULOSA DE REFLEXIÓN

La nebulosa de reflexión Merope

La Nebulosa de reflexión Merope

Al igual que las otras, es una nube de gas y polvo interestelar que brilla porque refleja o difunde la luz estelar. La luz procedente de una nebulosa de reflexión tiene las mismas líneas espectrales que la luz estelar que refleja, aunque es normalmente más azul y puede estar polarizada. Las nebulosas de reflexión aparecen a menudo junto a las nebulosas de emisión en las regiones de formación estelar reciente. El Cúmulo de las Pléyades está rodeado por una nebulosa de reflexión.

NEBULOSA DIFUSA

La Nebulosa del cono (también conocida como NGC 2264) es una región H II en la constelación de Monoceros. Fue descubierta por William Herschel en 1785. La nebulosa se encuentra a 800 pársecs o 2.600 años luz de la tierra.

Otra nube de gas y polo interestelar que brilla debido al efecto sobre ella de la radiación ultravioleta procedentes de las estrellas cercanas. En la actualidad se recomienda el uso del término  Región H II para referirse a este tipo de nebulosas.

El calificativo de “difuso” data de la época en la que las nebulosas eran clasificadas de acuerdo a su apariencia en el óptico. Una nebulosa difusa era una que mantenía su aspecto borroso incluso cuando se observaba aumentada a través de un gran telescopio, en contraposición a aquellas que podían ser resueltas en estrellas.

NEBULOSA FILAMENTARIA

Grupo de nubes de gas y polvo alargadas con una estructura en forma de finos hilos vista desde la Tierra. Muchas estructuras filamentarias pueden realmente ser hojas vistas de perfil, en vez de hilos. Las nebulosas filamentarias más conocidas como la Nebulosa del Velo, son remanentes de supernova. Aunque estos remanentes tienen temperaturas de 10 000 K, son en realidad las partes más frías del remanente, pudiendo alcanzar otras partes de ella temperaturas superiores a 1.000.000 K.

NEBULOSAS PLANETARIAS

Brillante nube de gas y polvo luminoso que rodea a una estrella altamente evolucionada. Una nebulosa planetaria se forma cuando una gigante roja eyecta sus capas exteriores a velocidades de unos 10 km/s. El gas eyectado es entonces ionizado por la luz ultravioleta procedente del núcleo caliente de la estrella.

A medida que pierde materia este núcleo queda progresivamente expuesto, convirtiéndose finalmente en una enana blanca (lo que pasará con nuestro Sol). Las nebulosas planetarias tienen típicamente 0,5 a.l. de diámetro, y la cantidad de material eyectado es de 0,1 masas solares o algo más.

Debido a la altísima temperatura del núcleo, el gas de la nebulosa está muy ionizado. La Nebulosa Planetaria dura unos 100.000 años, tiempo durante el cual una fracción apreciable de la masa de la estrella es devuelta al espacio interestelar.

Las nebulosas planetarias se llaman así porque a los antiguos observadores les recordaba un disco planetario. De hecho, las formas detalladas de las nebulosas planetarias reveladas por los modernos telescopios cubren muchos tipos diferentes, incluyendo las que tienen forma de anillos (como la Nebulosa Anular), forma de pesas, o irregular.

Algunas nebulosas planetarias presentan ansae, unas pequeñas extensiones a cada lado de la estrella central, que se piensa que son producidas por eyección a alta velocidad de material de un flujo bipolar.

NEBULOSA PROTOPLANETARIA

Descripcion: Una nebulosa planetaria en proceso de hacer una proto-planetaria: una estrella moribunda (oculta entre el polvo y el gas, al centro de la …

  1. Etapa temprana en la formación de una nebulosa planetaria. En esta fase la estrella central ha expulsado sus capas exteriores, dejando al caliente núcleo estelar expuesto. La luz ultravioleta del núcleo comienza a ionizar la nube de gas y polvo circundante, y durante una breve fase la envoltura circunestelar contiene a la vez material ionizado y material molecular frío lejos de la misma.
  2. Nube a partir de la cual se formaron los planetas alrededor de una estrella recién nacida, como ocurrió en la nebulosa solar.

NEBULOSA SOLAR

NGC 604, una nebulosa de emisión en la constelación del triángulo captada por el Hubble en 1995. Llamada Nebulosa solar porque de una como ellla surgió nuestro Sistema solar.

 

Nube de gas y polvo a partir de la cual se formó el Sistema Solar hace unos 5 000 millones de años. Se piensa que la nube tenía forma de disco achatado y que fue dispersada por el viento T. Tauri del joven Sol.

Los cometas, asteroides y meteoritos aportan importantes pistas para conocer la composición de la nebulosa solar. Discos similares de gas y polvo han sido detectados alrededor de estrellas jóvenes cercanas, notablemente Beta Pictoris.

Estimamos debidamente cumplido el objetivo de enseñar aquí de manera sencilla, lo que son las Nebulosas y, si algunos de los lectores (aunque sean pocos), han aprendido algo sobre ellas, el objetivo está cumplido y nos damos por pagados, ya que, el Año Internacional de la Astronomía 2009, tiene ese sólo objetivo. Acercar la Astronomía a todos.

emilio silvera