domingo

RELATIVIDAD ESPECIAL

Los postulados de la relatividad especial son dos. El primero afirma que todo movimiento es relativo a cualquier otra cosa, y por lo tanto el éter, que se había considerado durante todo el siglo XIX como medio propagador de la luz y como la única cosa absolutamente firme del Universo, con movimiento absoluto y no determinable, quedaba fuera de lugar en la física, que no necesitaba de un concepto semejante (el cual, además, no podía determinarse por ningún experimento).
El segundo postulado afirma que la velocidad de la luz es siempre constante con respecto a cualquier observador. De sus premisas teóricas obtuvo una serie de ecuaciones que tuvieron consecuencias importantes e incluso algunas desconcertantes, como el aumento de la masa con la velocidad. Uno de sus resultados más importantes fue la equivalencia entre masa y energía, según la conocida fórmula E=mc², en la que c es la velocidad de la luz y E representa la energía obtenible por un cuerpo de masa m cuando toda su masa sea convertida en energía.
Dicha equivalencia entre masa y energía fue demostrada en el laboratorio en el año 1932, y dio lugar a impresionantes aplicaciones concretas en el campo de la física (tanto la fisión nuclear como la fusión termonuclear son procesos en los que una parte de la masa de los átomos se transforma en energía). Los aceleradores de partículas donde se obtiene un incremento de masa son un ejemplo experimental clarísimo de la teoría de la relatividad especial.
La teoría también establece que en un sistema en movimiento con respecto a un observador se verifica una dilatación del tiempo; esto se ilustra claramente con la famosa paradoja de los gemelos: "imaginemos a dos gemelos de veinte años, y que uno permaneciera en la Tierra y el otro partiera en una astronave, tan veloz como la luz, hacia una meta distante treinta años luz de la Tierra; al volver la astronave, para el gemelo que se quedó en la Tierra habrían pasado sesenta años; en cambio, para el otro sólo unos pocos días".
En el siguiente video, Albert Einstein concluye una de sus clases de Física teórica con la célebre fórmula de la correspondencia entre la masa y la energía. Ni siquiera él mismo creía en las aplicaciones prácticas de la sugestiva fórmula.

sábado

LA HIPOTESIS DE AVOGADRO


Si tomamos dos o más gases, cualquiera que éstos sean, y los confinamos en otros tantos recipientes, todos ellos de igual volumen, y los mantenemos en iguales condiciones de temperatura y presión, el número de moléculas en todos esos gases es el mismo. Ésta es la famosa hipótesis de Avogadro, introducida por el físico italiano Amedeo Avogadro en 1811 con el objeto de intentar explicar un hecho experimental obtenido por otro físico, el francés Joseph Gay-Lussac, tres años antes.

Sobre la base de experimentos muy cuidadosos, Gay-Lussac concluyó que si dos o más gases reaccionan químicamente entre sí, los volúmenes de los gases reactivos y los gases productos están relacionados entre sí por números enteros simples. Por ejemplo, si descomponemos vapor de agua en sus constituyentes, hidrógeno y oxígeno, el volumen ocupado por el hidrógeno es precisamente el doble que el ocupado por el oxígeno. Si hacemos reaccionar nitrógeno y oxígeno para formar el óxido nítrico, un gas incoloro, un volumen de oxígeno y un volumen de nitrógeno producen dos volúmenes de óxido nítrico.
Un átomo gramo de cualquier elemento contiene el mismo número de átomos que un átomo gramo de cualquier otro elemento. Este número es una constante de la naturaleza conocido como el número de Avogadro (No) cuyo valor se estima en:
No = 6.02 x 10 23 átomos/átomo gramo


ATOMOS

Un átomo está formado por un núcleo central y una corteza compuesta por órbitas. El núcleo de cada elemento químico contiene una determinada cantidad fija de partículas denominadas “protones”, con carga eléctrica positiva, e igual cantidad de otras partículas denominadas “neutrones”, con carga eléctrica neutra.
La suma total de protones presentes en el núcleo representa el número atómico que le corresponde a cada átomo en particular, lo que le confiere, a su vez, propiedades físicas y químicas diferentes al resto de los otros elementos contenidos en la Tabla Periódica.
Cada sustancia química o elemento, además del número atómico propio que lo identifica y caracteriza, posee también peso atómico y un nombre común. Es decir, cualquier átomo de un elemento que contenga, por ejemplo, un solo protón en su núcleo, será identificado siempre como un átomo de hidrógeno (H); si contiene 8 protones el elemento será oxígeno (O), mientras que si contiene 29 protones el elemento será identificado como cobre (Cu).
Datos de interés acerca del átomo:
Diámetro de un átomo: 10–8 cm
Diámetro de un electrón: 10–13 cm
Peso de la masa del electrón: 9,1 x 10–28 g
Peso de la masa del protón: 1 673 x 10–23 g
Peso de la masa del neutrón 1 673 x 10–23 g
Carga eléctrica del electrón: – 1 602 x 10–10 Coulomb
Carga eléctrica del protón: + 1 602 x 10–10 Coulomb

viernes

TODO ES QUIMICA

La contemplación de la naturaleza nos produce sensaciones de admiración y de sorpresa difíciles de describir. ¿Cómo se puede explicar la belleza de un paisaje o el prodigioso fenómeno de la vida? Pero si se da un paso más y se analiza más allá de lo que simplemente observamos, se descubre la esmerada ordenación de los átomos en el mundo mineral y la diversidad y complejidad de las reacciones químicas en los organismos vivos.
Los átomos, las moléculas y los compuestos químicos son los auténticos protagonistas de la naturaleza, de nuestro cuerpo y de nuestro entorno. La química constituye la base de las condiciones de vida hoy, pero también del futuro

sábado

SUPERCUERDAS I

En 1982 Michael Green y John Schwarz hicieron un descubrimiento que podría convertirse en uno de los avances científicos mayores de todos los tiempos, si resulta ser correcto. Lo que encontraron fue que una Teoría de campo cuántico particular de cuerdas supersimétricas en 10 dimensiones daba infinitas respuestas a todos los órdenes en la Teoría de Perturbación.
Esto fue un tremendo avance dado que la Teoría de Supercuerdas tenía la capacidad de incluir todas las partículas y fuerzas de la naturaleza. Ésta podría ser una teoría de física completamente unificada. En 1985 la prensa tuvo noticia de la misma, aparecieron artículos en Science y New Scientist y llamaron a las cuerdas Teoría del Todo.
El término Teoría del Todo es desesperadamente desorientador. Los físicos normalmente intentar evitarlo pero los medios no los ayudan. Si los físicos encontrasen un conjunto de ecuaciones unificado y completo para las leyes de la física, entonces este sería un fantástico descubrimiento. Las implicaciones serían enormes, pero llamarlo Teoría del Todo sería un sin sentido.

viernes

SUPERCUERDAS II

La teoría de las supercuerdas comprende cinco teorías o formulaciones alternativas de teorías de cuerdas, combinadas en la que se han introducido requerimientos de supersimetría. El nombre teoría de cuerdas se usa actualmente como sinónimo ya que todas las teorías de cuerdas ampliamente estudiadas son, de hecho, teorías de supercuerdas.
La idea fundamental es que la realidad son cuerdas que vibran en resonancia a una frecuencia de la longitud de Planck y en donde el gravitón sería una cuerda de espín 2 y masa nula.
Recientemente se ha podido probar que varias de estas formulaciones son equivalentes y tras todas ellas podría existir una teoría unificada o teoría del todo. Las cinco teorías existentes no serían más que casos límite particulares de esta teoría unificada, denominada provisionalmente como Teoría M. Esta teoría M intenta explicar a la vez todas las partículas subatómicas existentes y unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Define el universo formado por multitud de cuerdas vibrantes, ya que es una versión de la teoría de cuerdas que incorpora fermiones y la supersimetría.
El principal problema de la física actual es poder incorporar la fuerza de la gravedad tal y como la explica la teoría de la relatividad general al resto de las fuerzas físicas ya unificadas. La teoría de las supercuerdas sería un método de unificación de dichas teorías. La teoría está lejos de estar acabada y perfilada, ya que hay muchísimas variables sin definir, por lo que existen varias versiones de la misma.

sábado

EL MODELO ESTANDAR


Desde los años sesenta, los físicos han buscado una teoría para poner orden en el confuso mundo de las partículas. En la actualidad, las partículas se agrupan según la fuerza que domina sus interacciones, tal y como se indico en el epígrafe dos.

Todas las partículas se ven afectadas por la gravedad, que sin embargo es extremadamente débil a escala subatómica. Los hadrones están sometidos a la fuerza nuclear fuerte y al electromagnetismo; además del neutrón y el protón, incluyen los hiperones y mesones. Los leptones "sienten" las fuerzas electromagnética y nuclear débil; incluyen el electrón, el muón, el tau, y los neutrinos asociados a cada uno de ellos. Las partículas que son responsables de las interacciones (como ya se ha comentado son siempre bosones) incluyen el fotón, que "transmite" la fuerza electromagnética, las partículas W y Z, portadoras de la fuerza nuclear débil, el gluón, portador de la fuerza nuclear fuerte, y el hipotético portador de la gravitación (gravitón). Además, los estudios con aceleradores han determinado que por cada partícula existe una antipartícula con la misma masa, cuya carga u otra propiedad electromagnética tiene signo opuesto a la de la partícula correspondiente. Con éstas se supone que se podrían formas átomos de lo denominado antimateria.

En 1963, los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig propusieron la teoría de que los hadrones son en realidad combinaciones de otras partículas elementales llamadas quarks, cuyas interacciones son transmitidas por gluones, la partícula responsable de la interacción fuerte, y que consigue unir a los quarks para formar las partículas ya comentadas. Esta es la teoría subyacente de las investigaciones actuales, y se la suele denominar con el nombre de Modelo Estándar.