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Timestamp: 2013-05-25 03:47:06+00:00

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Los progresos de la ciencia y sus aplicaciones es una obra producida por Tibidabo Ediciones, S.A y ha sido dirigida por el Dr. Asiaín García, de la Universidad de Barcelona, contando en su equipo de trabajo con el Físico Juan Aragonés. La obra ofrece al público la descripción y características de los diferentes progresos científicos y tecnológicos que han ido sucediéndose a lo largo de la historia y sus aplicaciones, tanto en el mundo científico, como en la vida cotidiana. La prioridad de la obra es la divulgación, con el objetivo de que el usuario entienda, asimile e identifique estos progresos científicos, así como las teorías y conceptos científicos relacionados con ellos. La comprensión de las teorías y conceptos científicos ayuda a entender el porqué de muchos de los progresos y estudios científicos que se han ido desarrollando en los dos últimos siglos, así como los usos prácticos que ha tenido cada uno de los descubrimientos a través del tiempo. La obra combina el uso de vocabulario científico con explicaciones con términos más sencillos, lo cual, junto con la estructura de los temas, permite la familiarización con los términos científicos y tecnológicos así como con los términos más recientes de aplicaciones tecnológicas. La obra consta de 1 libro y 3 DVD, en los cuales, mediante animaciones e imágenes reales, se complementan las explicaciones ofrecidas en el libro. El precio de la obra es de 175* euros, IVA incluido. *Incluye descuento del 15%, preceptivo para bibliotecas públicas. 1. El descubrimiento del electrón
Aunque Demócrito anticipó que la materia estaba formada por átomos, no fue hasta el siglo XIX cuando Dalton resucitó esta idea mediante el método científico.
A finales de siglo JJ Thomson estableció que los rayos catódicos eran corpúsculos cargados negativamente. Stoney los llamó electrones. Posteriormente en el siglo XX Millikan determinó con precisión la carga del electrón. 2. El límite de Chandrasekhar Teniendo en cuenta solamente la energía potencial gravitatoria del Sol es imposible explicar la energía liberada por éste. Eddington y Bethe establecieron que las estrellas obtienen su energía de las reacciones de fusión que tienen lugar en su interior. Se describen a continuación las estrellas tipo enana blanca. Estudiando este tipo de estrellas Chandrasekhar estableció que en las estrellas masivas la presión de degeneración no soportaría el colapso gravitatorio y no estarían en forma de enana blanca. El límite para que esto suceda es que la estrella tenga una masa superior a 1,4 veces la del Sol. 3. La constante cosmológica Cuando Einstein resolvió las ecuaciones de campo de la Relatividad general encontró que el Universo estaba contrayéndose o expandiéndose. Como para él el Universo había de ser estático introdujo el término cosmológico en sus ecuaciones para que fuera así. Este término era como una especie de fuerza antigravitatoria.
Sin embargo Friedmann pensaba que este término era totalmente artificial y que el Universo era dinámico. Las observaciones experimentales de Hubble corroboraron que el Universo estaba en expansión. Einstein reconoció poco después que la introducción de la constante cosmológica era el mayor error de su carrera. 4. Ecuaciones de Maxwell En la última mitad del siglo XIX Maxwell resumió las leyes conocidas de la electricidad y magnetismo en cuatro ecuaciones matemáticas. Se describen a continuación estas ecuaciones. La primera incorporaba la ley de Coulomb, la segunda establecía que las líneas de campo magnético son cerradas. La tercera incorporaba la inducción electromagnética de Faraday y Henry y la cuarta nos indica que las cargas eléctricas móviles generan un campo magnético. Además, en esta cuarta ecuación Maxwell introduce un nuevo término: un campo eléctrico variable que con el tiempo genera campo magnético. La propagación de campos eléctricos y magnéticos en el espacio constituye las ondas electromagnéticas. Maxwell estableció que la luz era una onda electromagnética. 5. Neutrinos Se describen los dos tipos de desintegraciones ß que tienen lugar en determinados núcleos atómicos. Al no haber electrones ni positrones en el núcleo se explica una desintegración de este tipo como conversión de neutrones en protones y viceversa. Para que en este tipo de procesos se conservase la energía y el momento angular Pauli estableció que se emitía una nueva partícula llamada neutrino.
Los neutrinos no tienen carga eléctrica y tienen una masa prácticamente nula, pertenecen a la familia de los leptones. Se describe cómo detectarlos y también la oscilación, es decir, el cambio del tipo de neutrino, que tiene lugar en su viaje del Sol a la Tierra. 6. Ley de Hubble En 1929 Hubble estableció, de acuerdo con las observaciones experimentales, que la velocidad de recesión de una galaxia era directamente proporcional a la distancia a la que se encontraba de nosotros. La constante de proporcionalidad se denominó constante de Hubble. Él mismo la determinó, pero medidas actuales y, por lo tanto, más precisas la establecen alrededor de 70 km/s/Mpc. A partir de la constante de Hubble y haciendo su inversa se puede calcular la edad del Universo. 7. El bosón de Higgs Se describe el campo de Higgs como aquél que dota a las partículas de masa. Cada campo tiene asociada una partícula de intercambio. En el caso del campo de Higgs la partícula es el bosón de Higgs. A mayor interacción con el campo mayor masa adquiere la partícula. Todavía no se ha detectado, pero de existir se espera que el LHC dé con él. 8. Relatividad General La Relatividad general trata los sistemas de referencia acelerados. En esta teoría Einstein reemplaza la fuerza gravitatoria por una geométrica.
Se describen a continuación tres predicciones relativistas ampliamente verificadas de manera experimental: el cambio en la frecuencia de una señal luminosa al moverse en un campo gravitatorio; la desviación de los rayos de luz emitidos por estrellas, que son causados por objetos masivos como puede ser nuestro Sol; y la precesión del perihelio de Mercurio. Todo esto no podía explicarse utilizando la mecánica de Newton. 9. Materia oscura Zwicky estableció que la gravedad creada por estrellas y polvo galáctico no eran suficiente para agrupar galaxias, por lo que dedujo que tenía que existir una materia invisible que proporcionase suficiente gravedad. A esta materia se la llamó oscura.
Los cosmólogos y astrónomos han establecido dos candidatos de este tipo de materia: los MACHOS u objetos de tipo halo masivos compactos y los WIMPs o partículas masivas de interacción débil. 10. Ecuación de Drake Con el fin de buscar vida extraterrestre se utilizan los radiotelescopios, ya que las ondas de radio pueden viajar por el espacio sin degradarse de manera significativa por el gas y el polvo interestelar. Se describe la ecuación de Drake como una ecuación matemática que permite predecir el número de civilizaciones técnicamente avanzadas en nuestra galaxia. Se describe también el proyecto SETI y se definen las civilizaciones tipo I y tipo II. 11. Big Bang En 1931 Lemaître introdujo la teoría del átomo primigenio, que al explotar originó el Universo, lo que en 1948 se denominó Big Bang. Mediante este modelo se explican tres grandes observaciones: la abundancia de elementos ligeros, la expansión del Universo y la radiación de fondo de microondas. Esta última indica que la temperatura del Universo es de 2,7 K. La teoría del Big Bang describe la historia del Universo a partir de 10-43 s, antes de este tiempo las leyes de la física no tienen validez. 12. La ecuación de Schrödinger A partir de la hipótesis de de Broglie, Schrödinger elaboró una ecuación de ondas que podía aplicarse a cualquier sistema físico. Esta ecuación, cuando se aplicaba al átomo de hidrógeno, daba una descripción completa en primera aproximación de las líneas espectrales de éste. Posteriormente Born explicó el significado de la función de onda que aparece en la ecuación. El cuadrado del valor absoluto de la función de onda es la probabilidad de encontrar a la partícula en una determinada región. 13. El principio de incertidumbre
Heisenberg estableció este principio fundamental en teoría cuántica. Nos dice que no podemos conocer a la vez la posición de una partícula y su cantidad de movimiento, es decir que si conocemos con total precisión la posición tendremos una incertidumbre en la cantidad de movimiento y viceversa.
Otra forma de establecer este principio es con otro par de variables conjugadas como son la energía y el tiempo. Así la incertidumbre en la energía por la incertidumbre temporal ha de ser mayor o igual a la constante de Planck. Esta segunda forma se aplica, entre otras, en el estudio de interacciones entre partículas y en el cálculo de la vida media de las partículas. 14. Helio líquido. Superfluidez Los bosones son partículas de espín entero que pueden estar en el mismo estado energético. Einstein precisó que a bajas temperaturas algunos elementos y algunas moléculas pueden llegar a formar lo que se denomina un condensado.
Así el Helio-4 a bajas temperaturas forma un condensado de Bose-Einstein. La mecánica cuántica puede explicar las extrañas propiedades del Helio-4 a bajas temperaturas. Incluso el Helio-3, que inicialmente no se consideraba un superfluido cuántico, cuando se enfría a 0,002K se comporta como tal. 15. La inflación del Universo El equilibrio térmico del Universo y el hecho de que parezca casi plano no se puede explicar solamente utilizando el modelo del Big Bang. Para solucionarlo, en 1981 Guth introdujo el modelo del Universo inflacionario. La inflación se produjo en un tiempo muy breve y el Universo aumentó de tamaño de forma exponencial y con un orden de magnitud de 1025. Empezó a los 10-35s y a los 10-32 s paró, continuando la expansión a un ritmo normal tal como el Big Bang predecía. l. 16. Experimento de los dos agujeros
Constituye el elemento básico de la mecánica cuántica. Si consideramos el experimento de forma macroscópica y utilizando ondas que se propagan en agua se obtiene una figura de interferencia, figura que se destruye al tapar cualquiera de los dos agujeros. Si utilizamos balines y los dos agujeros abiertos no hay interferencia.
Si pasamos al mundo microscópico y utilizamos fotones o electrones volvemos a tener interferencia cuando los dos agujeros están abiertos pero la interferencia desaparece cuando se tapa un agujero. ¿Cómo saben el fotón o el electrón si un agujero está abierto o cerrado?
Ahora queremos saber ¿por qué agujero pasa un electrón?
Si se observa por dónde pasa, se destruye la interferencia y los electrones se comportan como los balines aunque los dos agujeros estén abiertos.
En el momento en que se observa la onda dispersa del electrón se convierte en una partícula. Lo que quiere decir es que en mecánica cuántica el observador forma parte del experimento. 17. El gato de Schrödinger
Con el fin de demostrar que la mecánica cuántica era una teoría incompleta, Schrödinger propuso un experimento mental conocido como el gato de Schrödinger. Según la mecánica cuántica el gato que hay en el interior de la caja, si ésta no se abre, está en una superposición de estados, lo que quiere decir que no está vivo y muerto a la vez. Para Schrödinger es inimaginable que un objeto clásico pueda estar de esta forma. Pero la mecánica cuántica establece que solo podemos saber si está muerto o vivo abriendo la caja. Es en este momento cuando la función de onda se colapsa, es decir la superposición de estados se destruye, y el gato está vivo o muerto. Antes de abrir la caja no tiene sentido preguntarse si está vivo o muerto, es en el momento de efectuar la medida cuando se adquiere el conocimiento. 18. Agujeros negros
Ya en el siglo XVIII se pensó en estrellas donde la gravedad era tan intensa que ni la luz podía escapar. En el siglo XX Schwarzschild, aplicando la Relatividad general, calculó el radio y la masa que tendrían dichas estrellas.
Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría convertirse en agujero negro al sufrir un colapso gravitatorio.
Se conocen dos tipos de agujeros negros: los de Schwarzschild, que son estáticos, y los de Kerr, que son agujeros negros en rotación.
Los agujeros negros se pueden detectar por la cantidad de radiación, en forma de rayos X, que emite una estrella que es atrapada por un agujero negro.
En 1974 Hawking predijo que un agujero negro podía emitir radiación, llegando a incluso a evaporarse.
19. Forma y destino del Universo A partir del parámetro densidad se describen los modelos de Universo. En un Universo abierto éste sufrirá una expansión desacelerada sin fin. En un Universo plano la expansión sería muy suave. En un Universo cerrado la gravitación hará que la materia del Universo se concentre en un punto, sería una especie de Big Bang a la inversa. Estos modelos son incompletos. Si tenemos en cuenta observaciones que nos indican que el Universo se expande de manera acelerada, se puede producir un “Big Rip”. El espacio entre galaxias aumentará tan rápido que sólo podremos observar las galaxias más cercanas y el resto del Universo será oscuro. 20. Experimento EPR El experimento mental de Einstein, Podolsky y Rosen fue introducido para demostrar que la mecánica cuántica era una teoría incompleta. Si tenemos dos partículas en interacción y se separan de manera que no interaccionen más hasta que un observador las mida, se puede saber a la vez la posición y la cantidad de movimiento de la segunda partícula sin necesidad de hacer ninguna medición sobre ella, solamente midiendo los parámetros correspondientes de la primera partícula. Esto estaba en desacuerdo con la interpretación de Bohr y sus colegas, ya que la posición y la cantidad de movimiento de la segunda partícula no serían reales hasta que se midiesen. Posteriormente Bell estableció un criterio matemático que permitiría a los físicos experimentales dilucidar quién tenía razón. 21. El LHC El gran colisionador de hadrones del CERN es el mayor acelerador de partículas existente. Los choques entre protones tendrán una energía de 14 TeV. También se harán colisionar iones de plomo. Las colisiones serán seguidas por cuatro detectores repartidos por los cuatro puntos de encuentro del anillo del acelerador. La comunidad científica espera encontrar, si existe, el bosón de Higgs, partículas supersimétricas, quarks y antiquarks que permitan resolver el misterio de la simetría existente en la abundancia en el Universo de materia-antimateria. Otro objetivo es buscar materia oscura y también se estudiará el plasma quark-gluón. 22. Ordenadores cuánticos Se introduce la unidad básica de información de este tipo de ordenadores, que es el qubit. En 1994 Shor introdujo el primer algoritmo cuántico que permite factorizar grandes números. La gran diferencia entre los ordenadores cuánticos y los actuales es que los primeros tienen una potencia de cálculo elevadísima, lo que permite que las claves criptográficas de los ordenadores actuales se descifren en cuestión de segundos. En el año 2001 se consiguió encontrar los factores de 15 utilizando un ordenador de 7 qubits. Si bien para que los ordenadores cuánticos sean factibles tienen que tener varias docenas de qubits, por lo que tendrán que pasar años para que puedan reemplazar a los actuales. 23. Teletransporte cuántico En el teletransporte cuántico lo que se transporta es el estado cuántico de una partícula, destruyéndose la información de la partícula original. Se realiza mediante dos partículas entrelazadas. Alicia mide a la vez la partícula original y una de las partículas entrelazadas. Roberto tiene la otra partícula entrelazada. Alicia efectúa una medición conjunta de las partículas que tiene y a continuación mediante un mensaje, que puede ser telefónico, envía a Roberto información de cómo ha de medir su partícula. Con esta información la partícula entrelazada de Roberto llega a tener el mismo estado cuántico que la partícula original que tenía Alicia. En 1997 y 1998 se consiguió teletransportar fotones y en el año 2004 se realizó el teletransporte de átomos. 24. Desigualdad de Bell
David Bohm describió una versión completa del original EPR. En ella trataba la polarización de fotones. En 1964 Bell introdujo un criterio matemático para que se pudiera dilucidar la validez o no de la mecánica cuántica. Si se violase la desigualdad de Bell se cumpliría la mecánica cuántica y Einstein no tendría razón. En 1982 Alain Aspect confirmó, a través de experimentos con fotones, la violación de la desigualdad de Bell. Ciencia
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