viernes, 26 de abril del 2024 Fecha
Ir a la página principal Ir al blog

IMPRESIÓN NO PERMITIDA - TEXTO SUJETO A DERECHOS DE AUTOR




¡La Física! Esa Maravilla

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (2)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

Las sustancias formadas por una sola clase de átomos se llaman elementos químicos. 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.

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.

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.

Leer más

Leído por ahí

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Relativista    ~    Comentarios Comments (0)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

Se han llevado a cabo muchos modelos y las distintas teorías que circulan por ahí nos hablan de muchas cuestiones. Sin embargo, la relatividad general predice que tiene que haber una singularidad en el pasado, y cerca de esa singularidad la curvatura (del espacio) debe de ser muy alta; la relatividad clásica se anula, y habrá que tomar en cuenta los efectos cuánticos. A fin de comprender las condiciones iniciales del universo, debemos dirigirnos a la mecánica cuántica, y el estado cuántico del universo determinará las condiciones del universo clásico.

En realidad, lo que allí surgió fue una descripción de evolución cósmica de una extraña belleza. Todas las líneas del universo divergen de la singularidad de la génesis, como las líneas de longitud proceden del polo norte en el globo terráqueo.

Algunos dicen que la pregunta de cuándo empezó el tiempo o cuándo terminará no tiene ningún sentido: “Si es correcta la afirmación de que el espacio-tiempo es finito pero limitado -dijo Hawking en una ocasión-, el Big Bang es más bien como el polo norte de la Tierra. Preguntar qué ocurre antes del Big Bang es como preguntas que ocurre en la superficie de la Tierra dos kilómetros al norte del Polo norte. Es una pregunta sin sentido.”

Leer más

¡La Luz! Ese misterio

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

En 1887 Heinrich Hertz (1857 – 1894) había observado que el detector de ondas electromagnéticas era más sensible si se iluminaba con luz ultravioleta. Investigó el fenómeno realizando experimentos específicos, con una placa de metal (cinc) conectada a un electroscopio e iluminada por luz ultravioleta, observando que se cargaba positivamente. J.J Thomsom pensó que era debido a que la luz ultravioleta arranca electrones del metal y Lenard lo comprobó poco después. Además Lenard estudió el fenómeno construyendo un dispositivo en una ampolla de vidrio en la que hizo el vacío y en 1899 y 1902 comprobó que:

1) El número de electrones que arranca la luz incidente (es decir, la corriente eléctrica que se produce) depende de la intensidad de la luz y no depende de la longitud de onda.

2) La energía de los electrones arrancados depende de la longitud de onda de la luz y no depende de la intensidad. Este efecto descubierto por Hertz y estudiado por Lenard recibió el nombre de efecto fotoeléctrico por razones evidentes. 

Este extraño comportamiento de la luz no podía explicarse con el modelo ondulatorio ya que, de acuerdo con éste, los electrones absorberían energía de las ondas, que es proporcional a la amplitud de las mismas y nunca a la frecuencia o, lo que es lo mismo, al color.

Albert Einstein (1879- 1955)

En 1905 Albert Einstein publicó un trabajo en el que ofrecía una explicación para el efecto fotoeléctrico, por la que le fue concedido años después el premio Nobel. De acuerdo con Einstein la luz está compuesta por pequeñas partículas (de nuevo la teoría newtoniana) de diferente energía de acuerdo con el color (o frecuencia) de la radiación.

La energía es, exactamente h·f donde h es la constante de Planck, introducida por otro investigador para explicar la radiación emitida por un cuerpo cuando se calienta, y f la frecuencia.

Estos corpúsculos de la luz fueron llamados “fotones” en 1926 por Gilbert Newton Lewis(1875 – 1946) nombre que han conservado hasta ahora.

 

 

De acuerdo con Einstein, en el efecto fotoeléctrico, cada vez que se emite un electrón desaparece un fotón, y la energía de salida del electrón es igual a la energía del fotón desaparecido, menos la energía que lo mantenía unido a los núcleos positivos del metal. Esta energía es la equivalente a la energía de ionización de una molécula y suele llamarse “función de trabajo”.

De nuevo volvemos a tener razones para sacar del baúl de los recuerdos la teoría corpuscular. La energía cinética de los electrones emitidos es igal a la energía del fotón absorbido, h·f, menos la energía que lo mantenía unido a los núcleos positivos del metal (función de trabajo). 

Aunque fueron muchos los investigadores que comprobaron esta relación, fueron los experimentos de Robert Andrews Millikan los más precisos. En 1916 determinó el valor de la constante que aparece en la fórmula de Einstein y resultó ser el mismo que el deducido de la ecuación de la radiación del cuerpo negro. En realidad Millikan no aceptó la interpretación de Einstein porque la vió como un ataque a la admitida teoría ondulatoria de la luz. Por esa razón en 1906 comenzó un proyecto de investigación encaminado a demostrar la falsedad de la teoría de Einstein, midiendo el valor de la constante de Plank que se obtenía de la fórmula de Einstein para el efecto fotoeléctrico.

Incluso desarrolló técnicas para emplear superficies vírgenes de metal, obtenidas en vacio. Pero lo que consiguió fue demostrar la exactitud del modelo de Einstein, pues obtubo valores para la constante de Plank que coincidían con las obenidas por experimentos termodinámicos con un error menor de un 5%. Por estos experimentos le fue concedido el premio Nobel.

En 1922 otro descubrimiento vino a inclinar la balanza de nuevo a favor de la teoría corpuscular. Cuando se irradio un cristal con rayos X, además de las figuras de interferencia observaron un fondo de rayos X dispersados o secundarios cuya distribución de longitudes de ondas es siempre la misma, independientemente del cristal que se irradie. Es función únicamente del rayo incidente y del de dispersión. Arthur Holly Compton explicó este fenómeno con el modelo corpuscular de la luz. Cada fotón, con una energía h·f, choca con un electrón y rebota, emergiendo con una energía de diferente función del ángulo de incidencia y de emisión.

   
En este proceso estaba clara la naturaleza corpuscular de la luz. Pero, si era así ¿cómo se explicaban los fenómenos de interferencia?

¡Los Volcanes!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Catástrofes Naturales    ~    Comentarios Comments (2)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

Espectacular: Una foto de lapso de tiempo muestra los rayos sorprendente alrededor de la cadena Puyehue-Cordón Caulle volcánica en la Patagonia

El Caos y la destrucción que nos puede dar la variedad de colores, olores y sabores que, junto con la belleza destruida o construida y que, indefectiblemente,  cambiará el paisaje del lugar donde puedan ocurrir acontecimientos como este que observamos en Chile.

Leer más

Cuando nació la Ciencia y la Filosofía (entre otras cosas)

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Rumores del Saber    ~    Comentarios Comments (30)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

Todo, con el paso del tiempo, se desvirtúa. En el origen las cosas surgen tal como fueron pensadas y llevan la pureza de ese primer pensamiento, sin contaminación, sin intereses que las pueda vulnerar (eso llega con el paso del tiempo que, a su alrededor, crea intereses bastardos).

Hoy hablamos y se nos llena la boca de “democracia”, y, sin embargo, sería imposible entender plenamente la Democracia sin tener en cuenta aquella de Atenas, es decir, teniendo un conocimiento de lo que era la polis, y sin tener en cuenta lo que eran los estados griegos de acuerdo con nuestros estándares.

Tanto Platón como Aristóteles creían que las polis perfectas debían tener alrededor de cinco mil ciudadanos y, de hecho, muy pocas ciudades superaban en la época los veinte mil.

“Ciudadanos” significaba en aquel contexto hombres libres (concepto que hoy, está muy alejado de la realidad). Clístenes introdujo la Democracia en Atenas en el año 570 a. C., y para la época de Pericles (c. 495-429) –la que se consideraba la edad de oro ateniense- el poder de la Asamblea era supremo, y por buenos motivos.

Pericles fue uno de los mejores generales griegos, excelente orador y un líder excepcional. Se interesó de forma especial por las cuestiones filosóficas, artísticas y científicas (algo inusual en un militar, aunque característico del ideal ateniense). Fue amigo entre otros, de Protágoras, Anaxágoras y Fidias, mientras que Sócrates tuvo una estrecha relación tanto con Alcibíades, el pupilo de Pericles, como con Aspasia, su esposa morganática. Pericles reconstruyó el Partenón, lo que proporcionó mucho empleo e hizo que fuera posible el impulso inicial a la edad dorada de Atenas.

Pero, si la política, la democracia, es la idea griega más famosa que ha llegado hasta nosotros, la sigue de cerca la Ciencia (Scientia significaba originalmente conocimiento). Por lo general, se cree que este ámbito de la actividad humana, sin duda mucho más provechoso, nació en Jonia, que entonces abarcaba la franja occidental occidental de Asia Menor (la moderna Turquía) y las islas ubicadas frente a ella.

Según Erwin Schrödinger, hay tres razones principales para que la ciencia haya empezado allí. En primer lugar, la región no pertenecía a ningún estado poderoso, que normalmente se muestran hostiles hacia el pensamiento libre. En segundo lugar, Jonia era un pueblo de marineros, ubicado entre Oriente y Occidente, y con sólidos vínculos comerciales.

El intercambio mercantil ha sido siempre el principal motor del intercambio de ideas, que con frecuencia surgen de la necesidad de resolver problemas prácticos (tal es el caso, por ejemplo, de la navegación, los medios de transporte, el suministro de agua, las técnicas artesanales). En tercer lugar, la región no estaba “infestada de sacerdotes”; no había como en Babilonia o Egipto, una casta sacerdotal hereditaria y privilegiada con interese3s personales en el mantenimiento del Statu quo.

Al comparar los orígenes de la antigua Grecia y la antigua China, el estudioso Geoffrey Lloyd y Nathan Sivin sostienen que los filósofos y científicos griegos gozaron de menos patrocinio que sus contemporáneos chinos, a quienes el emperador empleaba y que a menudo tenían que encargarse de visitar el calendario, el cual era un asunto de estado. Esto tuvo como consecuencia que los científicos chinos fueran mucho más circunspectos en sus opiniones y menos dados a adoptar nuevos conceptos que sus colegas griegos: tenían mucho más que perder, y rara vez discutían como lo hacían éstos. En lugar de ello, los pensadores chinos invariablemente incorporaban las nuevas ideas en teorías existentes, con lo que producían una “cascada” de significados; de esta forma las nociones nuevas nunca tenían que enfrentarse abiertamente a las antiguas. En Grecia, por el contrario, lo que había era una competencia de “sabiduría”, bastante similar a la que encontramos en las pruebas deportivas. Encontramos muchísimas más afirmaciones en primera persona del singular en la ciencia griega que en la china, mucho más egotismo, los científicos griegos se referían con más frecuencia a sus errores e incertidumbres y se criticaban más a menudo, llegando incluso a ridiculizar a los científicos y ello también les resultó útil, ya que, nadie está en posesión de la verdad absoluta.

Lo que los jonios comprendieron era que el mundo era algo que podía ser conocido, si uno se tomaba la molestia de observarlo en la forma adecuada. La Naturaleza nos habla, y, todo consiste en tener la predisposición de oír lo que nos quiere decir. Tales de Mileto, supo deducir y llegó a la conclusión de que, el mundo, no era el patio de recreo de unos dioses que actuaban de forma arbitraria, según se sintieran en ese momento, animados por las pasiones suscitadas por el amor, la ira o el deseo de venganza, así que, dejando de lado la mitología y utilizando la lógica, hizo que se mirara el mundo de otra manera. Tales de Mileto fue, el primer científico verdadero.

Aquella forma de “mirar el mundo” dejando a un lado a los dioses, dejó asombrados a los jonios: se trataba, como subrayó Schrödinger, de algo completamente nuevo. Los babilonios y los egipcios sabían mucho sobre las órbitas de los cuerpos celestes, pero lo consideraban un secreto religioso. La religión, desde tiempos inmemoriales, por un motivo o por otro, siempre retrasó, el avance de la Ciencia. Estamos hablando de lo que ocurrió en la costa jónica allá por el siglo VI a.C. No obstante, “ciencia” es una palabra moderna que sólo empezó a ser empleada con el significado que le damos actualmente a principios del siglo XIX: los antiguos griegos no la entendían de la misma manera. Para ellos no había límites entre la ciencia y los demás campos del conocimiento, de hecho fueron quienes formularon las preguntas que dieron origen tanto a la ciencia como a la filosofía.

Tales no fue el primer personaje de la antigüedad que especuló sobre el origen y la naturaleza del universo, pero fue el primero que expresó sus ideas en términos lógicos y no en términos mitológicos. Él fue el primero que habló sobre la importancia del agua para la vida. Como fue mercader, había viajado a Egipto y había aprendido suficientes matemáticas y astronomía babilónica para poder predecir un eclipse total de Sol en el año 585 a.C., eclipse que ocurrió a su debido momento el día correspondiente a nuestro 29 de mayo. (Dos siglos más tarde, Aritóteles consideraría que este acontecimiento marcaba el inicio de la filosofía griega.)

Sin embargo, Tales es recordado más a menudo por una pregunta que formuló: “¿de qué está hecho el mundo?” La respuesta que ofreció –de agua- era incorrecta, pero el hecho mismo de plantear una cuestión tan fundamental para la ciencia y la filosofía era toda una innovación.

Está claro que, para Tales, el Universo no era sólo racional, y por tanto cognoscible, sino también simple. Y, en este punto, caigo en la cuenta de que, el 90% del Universo está hecho de la materia más simple, el Hidrógeno que, también es agua.

Los pensamientos de Tales, de alguna manera, hizo que el mundo, la Naturaleza y el Universo mismo, se mirara de otra manera. Otro jonio, Anaximandro, le sucedió y nos dejó el mensaje de que, “la realidad física última del Universo no podía ser una sustancia tangible”. En este punto, caigo en la cuenta de lo que los científicos postulan ahora sobre ese “algo” que permea todo el Universo, es decir, lo mismo que nos dijo hace 2.500 años, Anaximandro.

El tercer jonio que entró en escena fue Anaxímenes. Él avanzó un paso más hacia adelante y dijo: “el aer es la sustancia primera, que cambia de formas incesantemente, y, a partir de una especie de vapor –cuya densidad variaba- se podía convertir mediante procesos misteriosos, en cosas interesantes. “Cuando es más uniforme”, afirmaba, “resulta invisible para el ojo…Los vientosm soplan cuando el aer es denso y se mueve bajo presión.

Lo que decía éste sabio es más largo y profundo cada vez pero, sólo quiero apuntar aquí que, leyendo sus pensamientos, uno cree estar oyendo una conferencia de Física y Astronomía en éste mismo siglo, ya que, las cuestiones que apuntaban, aunque de manera más ruda y simples, nos hablan de las transformaciones de la materia e incluso, ¿por qué no? De la materia oscura y de la Gravedad de Newton y Einstein.

Después llegaría Pitágoras con sus números y Demócrito con su a-tomo, o, átomo, Empédocles con sus famosos cuatro elementos (aire, fuego, tierra y agua) a partir de los cuales, mezclados en la debida proporción, se formaba todo lo que en el Universo podía existir, y, a su manera…no iba desencaminado.

Claro que, la premonición de Demócrito es digna de admiración y del asombro, toda vez que en 440 a.C. Leucipo de Mileto y en 410 a.C. Demócrito de Abdera (dos atomistas), sostenían que el mundo estaba compuesto por “una infinidad” de diminutos átomos que se movían de forma aleatoria en un “vacío infinito”. Estos átomos, corpúsculos sólidos muy pequeños para ser vistos, tenían toda clase de formas y sus “movimientos, colisiones y configuraciones transitorias” eran la causa de la enorme variedad de sustancias y de fenómenos que conocemos.

¡Asombroso!

En fin, amigos, quiero terminar este repaso y recuerdo de lo que allí pasó y de los personajes que protagonizaron los hechos para resumir que, el nacimiento de la reflexión en Jonia (lo que algunos estudiosos modernos denominan el positivismo jónico o la ilustración jónica) ocurrió de forma dual: ciencia y filosofía.

Podemos considerar a Tales, Anaximandro y Anaxímedes como los primeros filósofos así como los primeros científicos. A partir de todo aquello surgió el nombre de “filósofos naturales” o, científicos de la Naturaleza.

Estas ideas están escritas por Peter Watson en su Historia Intelectual de la Humanidad, y, de vez en cuando, me tomé el atrevimiento de alargar alguna frase o de intercalar alguna idea.