Conferencia 13
Siglo XX
Teoría de la relatividad y mecánica cuántica
impactos en la concepción actual del mundo
El siglo XX
traería al escenario mundial dos grandes guerras que
paradójicamente darían un impulso al desarrollo del conocimiento científico en
aquellas áreas en que se advertían necesidades internas y principalmente con fines
relacionados con la tecnología militar. Este desarrollo dio lugar, incluso, al
holocausto nuclear de la década de los años cuarenta.
El progreso de las ciencias debió navegar en medio de tales circunstancias
históricas. Desde inicios de la centuria comenzó a manifestarse la principal
característica de su desarrollo consistente en la transformación, de producto
social, elemento de la superestructura de la sociedad humana, en una fuerza
productiva con rasgos muy especiales. Esta característica estuvo precedida por
una explosión en el ritmo de la producción de los conocimientos científicos que
alcanzó un crecimiento exponencial. Las relaciones Ciencia – Sociedad se hicieron
más complicadas.
Un proceso de fortalecimiento de los nexos en la comunidad científica, que se
habían iniciado con las Sociedades fundadas en el siglo XVIII, se advierte desde
los comienzos del siglo, sufriendo en los períodos de duración de ambas guerras un
inevitable debilitamiento. En este contexto se destacan los Congresos realizados en
Bruselas, con el apoyo financiero del químico industrial belga Ernest Solvay (18381922), que congregaron a los más brillantes físicos de la época.
El impacto de la guerra sobre los
hombres de ciencias dependió del
escenario histórico en que les tocó
vivir. Georges Charpak (1924-),
físico francés de origen polaco,
premio Nóbel de Física
en
1992 por sus novedosos métodos
para la detección de las partículas
subatómicas
que significó un
notable avance en el estudio de los
procesos nucleares, tenía 19 años
cuando, acusado de terrorista por
su actividad en la heroica
resistencia francesa, sufre el horror
de la prisión en un campo de
concentración nazi.
Max Planck (1858-1947) fue un pionero
de las ideas de la cuantificación de la
energía en los procesos de emisión de la
radiación. La ecuación E= hυ lo
inmortaliza a través de la constante
universal h que recibe su nombre,
constante de Planck. Su enorme prestigio
hace que lo elijan en 1930 presidente de
la Sociedad Científica alemana más
importante, la Sociedad Kaiser Guillermo
para el progreso de la ciencia. Sus críticas
abiertas al régimen nazi le forzaron a
abandonar la Sociedad a la cual regresa
como presidente al terminar la Segunda
Guerra Mundial. Hoy esta sociedad lleva
su nombre, Sociedad Max Planck.
Radiación del cuerpo negro
T : temperatura (K grados Kelvin).
 : cte de Stefan-Boltzmann
(5,56·10-8 Wat/m2K4
P   AeT
4
 max T  2 ,898 x10
Ley de Stefan Boltsman
3
m .K
Desplazamiento de Wien
 I ( , T )


2  hc

1
5
e
Radiación del cuerpo negro
 hc 


  kt 
1
c
1
d   cd     2 d 

 
 I ( ; T )

 
 I ( , T ) c


2
d 
2 h
c

2
e
3
 h 


 kt 
1
Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928)
Justamente dos siglos después de la publicación de los
Principia de Newton, en 1887 surge la necesidad de
revisar la validez universal de la Mecánica Clásica. La
primera hipótesis correctora aparece en boca del
brillante físico holandés, profesor de la Universidad de
Leiden, Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) y del
físico irlandés George Francis FitzGerald (1851 –
1901) postulando que cuando un objeto se mueve a
velocidades próximas a la velocidad de la luz se
produce una contracción de su longitud.
Para móviles terrestres animados de velocidades muy pequeñas en comparación con la
velocidad de la luz esta hipótesis carece de de significación pero para fenómenos
astronómicos las correcciones relativistas adquieren importancia. La evolución de las ideas
de Lorentz, ya a principios del siglo XX, le permite deducir la transformación de las
coordenadas del espacio y del tiempo «transformación lorentziana». Corresponde al físico
holandés el mérito histórico de iniciar el proceso de reevaluación de los límites de aplicación
de la Mecánica Clásica, tarea a la cual consagra su actividad el genio alemán Albert
Einstein.
La teoría general de la relatividad es uno de
los
grandes
logros
de
la
Física
contemporánea. Si la Mecánica de Newton
representa en el siglo XVII el acto
fundacional de la Física, la Mecánica
Relativista desarrollada en este siglo provoca
una nueva cosmovisión del universo que
porta
originales
nociones
para
las
coordenadas esenciales de la existencia
humana y cósmica: el tiempo y el espacio. Su
construcción es obra casi exclusiva, hecho
insólito en este siglo, de Einstein lo que se
explica al recordar que en el período que
abarca de 1905 al 1916 la atención de la
comunidad de físicos se centra en el
desarrollo de la Teoría Cuántica del átomo
Este concepto de la invariancia de la velocidad de la
luz contradice nuestro "sentido común". Si la
velocidadd de la luz es de 300 000 km/seg,
esperaríamos que al perseguir una señal luminosa
veamos que se mueve con una velocidad menor. (Si,
por ejemplo, corremos a 80 km/hora detrás de un tren
que se mueve a 100 km/hora, vemos que el tren se
mueve con respecto a nosotros a 20 km/hora.) Sin
embargo, debido a la no invariancia del tiempo, las
velocidades no se adicionan o sustraen en el caso de
señales luminosas (o, en general, de partículas que se
mueven casi tan rápidamente como la luz).
Los efectos predichos por la teoría de la relatividad son imperceptibles en nuestra
vida cotidiana y sólo se manifiestan cuando se involucran velocidades comparables
a la de la luz. Consideremos, como ejemplo, una nave espacial que se mueve con
una velocidad muy alta: despega de la Tierra y regresa después de recorrer cierta
distancia. Según la relatividad, el tiempo transcurre normalmente tanto para los
que se quedaron en la Tierra como para los pasajeros de la nave, pero esos dos
tiempos no son iguales. Al regresar a la Tierra, los tripulantes de la nave
constatarán que el viaje duró para ellos un tiempo menor que para los que se
quedaron. Más precisamente, el tiempo medido en la nave es más pequeño que el
medido en la Tierra por un factor de acortamiento
En la teoría de Einstein, el espacio y el tiempo dejan de ser categorías
independientes como en la física clásica, para fundirse en un concepto unificado: el
espacio-tiempo, en el que el tiempo aparece como una cuarta dimensión. A primera
vista, puede parecer que este concepto desborda el marco del sentido común, pero
en realidad no hay nada de misterioso en él. Si queremos describir la posición de
un objeto, necesitamos un sistema de referencia y tres números, llamados
coordenadas, porque el espacio tiene tres dimensiones. Por ejemplo, podemos
localizar un avión si especificamos la longitud y la latitud del lugar donde se
encuentra así como su altura sobre el nivel del mar; con estos tres datos se
determina exactamente su posición con respecto al sistema de referencia que es la
Tierra. Sin embargo, como el avión se mueve, también conviene precisar en qué
momento se encontraba en la posición indicada. Al especificar también el tiempo,
estamos describiendo un suceso, algo que ocurre en un lugar dado (descrito por 3
coordenadas) y en un cierto instante (descrito por el tiempo). Nada nos impide
interpretar formalmente el tiempo como una cuarta coordenada e introducir así, el
concepto del espacio-tiempo: un espacio de cuatro dimensiones, tres espaciales y
una temporal. Un punto de ese espacio-tiempo será un suceso, especificado por
cuatro coordenadas. Hasta aquí, el concepto de un espacio-tiempo parece ser
bastante trivial. Sin embargo, en el marco de la teoría de la relatividad cobra una
estructura insospechada que fue descubierta por el matemático alemán Herman
Minkowski.
ds² = dx² + dy² + dz²
Ahora, volvamos al espacio-tiempo de cuatro dimensiones. De las consideraciones
anteriores podemos especificar un suceso con cuatro coordenadas: x , y, z, t; los
tres primeros determinan la posición del suceso y el último fija el momento en que
ocurrió. En la teoría de la relatividad, se puede definir una seudodistancia (al
cuadrado) entre dos sucesos con coordenadas
x, y, z, t) y (x + dx, y + dy, z + dz, t + dt) de acuerdo con la fórmula
ds² = dx² + dy² + dz² - c² dt²
6
)
Transformaciones de Lorentz de las
coordenadas
Transformaciones de Lorentz Inversas
de las coordenadas
Impulso relativista
La expresión de la energía cinética a partir de la nueva definición de momentum.
Cuando la velocidad de
desplazamiento es mucho
menor que la de la luz
tenemos
Esta fórmula muy importante , pone de
manifiesto, en particular, que en mecánica
relativista la Energía de una partícula material
no tiende a cero cuando , sino que tiende a un
valor no nulo
E=mc2
Esta magnitud es la Energía en reposo de la
partícula.
La energia total de la particula se expresa:
Para aumentar la velocidad de un cuerpo, hay que proporcionarle energía, lo cual
se manifiesta como un aumento de la masa del cuerpo. La teoría de la relatividad
predice que la energía necesaria para que un cuerpo de masa m alcance la
velocidad v es
En el límite v = 0, se recupera la fórmula
E = mc² para la energía ya existente en
forma de masa. En el otro extremo, la
energía E aumenta con la velocidad y se
necesita una energía infinita para que el
cuerpo alcance la velocidad de la luz. Es
por ello que, según la teoría de la
relatividad, ningún cuerpo puede
alcanzar o superar la velocidad de la luz.
La excepción es la luz misma: según la
física moderna la luz está constituida por
unas partículas llamadas fotones, la
masa de un fotón es nula y, por ello,
puede viajar a la velocidad límite c.
Efecto fotoeléctrico
Efecto Compton
Dualidad onda partícula. Ondas de de Broglie
Experimento de Davisson y Germer
Davisson y Germer estudiaron la reflexión de un haz de electrones incidente sobre un
monocristal, siguiendo una idea usada anteriormente para la investigación de la naturaleza
de los rayos X. Un haz de electrones procedente de un filamento calentado se acelera en un
potencial electrostático e incide sobre el monocristal bajo cierto ángulo. Se observan los
electrones reflejados mediante un detector cuya posición puede ser variada. También se
puede variar el potencial acelerador y cambiar así la velocidad de los electrones. Los
electrones experimentan reflexiones en los diversos planos paralelos de la red cristalina. El
haz que sale del monocristal se compone de dos haces reflejados por los dos planos
diferentes (en realidad serían muchos). Los electrones recorren caminos distintos en los dos
haces y la diferencia de camino es I = I1 + I2 .De la geometría de la figura hallamos
I2 = d / cos  , I1 = I2 cos 2  , donde d es la distancia entre los planos y de ahí I = 2d cos .
Si los haces fueran dos ondas planas, como sucede con los rayos X, habría interferencia
entre ellas con un máximo de intensidad correspondiente a una diferencia de fase múltiplo
de 2 
Difracción de electrones en un cristal
Los átomos de gases calientes emiten y absorben luz a
ciertas longitudes de onda.
espectros de emisión y uno de absorción.
1 / = 1.097 x 107 (1 / 4 - 1 / n2)
por n = 3, 4, 5, 6, .....
------------------------------------------donde n = 3:
1 /  = 1.097 x 107 (1 / 4 - 1 / 9)
= 1.524 x 106 m-1
 = 6.56 x 10-7 m
= 656 x 10-9 m
= 656 nm
El experimento de Rutherford
El primer modelo atómico fue propuesto por
Thompson a finales del siglo XIX. Según
Thompson, los átomos eran esferas macizas,
cargadas positivamente, en las que se encontraban
embebidos los electrones. Años más tarde, en 1911,
un estudiante de doctorado de Thompson, llamado
Rutherford, propuso que el átomo era esférico y en
su centro se concentraba toda la carga positiva y
casi la totalidad de la masa atómica . , de manera
que el número de electrones era igual al de
protones.
El núcleo ocupaba, según Rutherford, un espacio muy
pequeño comparado con el volumen total ocupado por el
átomo, de tal suerte que éste podría considerarse
prácticamente hueco. Ello explicaría que la mayoría de
las partículas alfa no se desviaran al atravesar la lámina
de oro mientras que las que sufrían desviación eran
aquellas que se aproximaban al núcleo de los átomos de
oro. Sin embargo, este modelo era inconsistente con los
postulados de la Física Clásica: toda partícula en
movimiento emite energía, por lo que la propuesta de
Rutherford supondría la existencia de átomos inestables,
que emitirían una radiación continua en todas las
longitudes de onda.
Rutherford fue director del Laboratorio
de Cavendish en Cambridge, desde
dónde condujo o dirigió trascendentales
estudios sobre la estructura atómica.
Entre
sus
predicciones,
que
experimentalmente comprobaría su
discípulo James Chadwick más de diez
años después, se encuentra la existencia
de las partículas nucleares llamadas
neutrones. En plena guerra fría de los
años 60 los halcones ordenaron el
desarrollo de la tristemente célebre
bomba de neutrones. Ella exhibía la
maquiavélica virtud de solo exterminar
a los hombres en tanto dejaba intactas
las edificaciones. La espiral de la
irracionalidad belicista se anotaba otro
alarmante éxito.
Henry Moseley (1887-1915), discípulo de
Rutherford, desarrolló brillantemente la
aplicación de los espectros de rayos X al
estudio de la estructura atómica y arribó
a una nueva formulación de la ley
periódica de los elementos químicos 50
años después de Mendeleev. La carga
nuclear y no la masa atómica era la
propiedad clave para explicar la
periodicidad de las propiedades de los
elementos químicos. No había cumplido
aún los treinta años cuando muere en los
campos de batalla de la Primera Guerra
Mundial, tras enrolarse en la Royal
Army.
Otra vez la guerra cegaba la vida de un
científico.
Niels Bohr es el autor del sistema
planetario de la estructura electrónica de
los átomos. Su imagen de la envoltura
electrónica deriva de la aplicación del
principio de cuantificación a las órbitas
posibles de los electrones. Durante la
segunda guerra mundial emigró con su
familia a EEUU y participó en el proyecto
de los Álamos para la construcción de la
bomba atómica. Fue un enérgico defensor
de poner en manos del control
internacional el armamento atómico y al
concluir
la guerra regresó a la
universidad de su natal Copenhague,
dónde se consagró al desarrollo del uso
pacífico de la energía atómica.
Es decir, para Bohr el radio de las órbitas está cuantizado,
de forma que el electrón no puede ocupar cualquier órb
ita sino aquellas que cumplan la condición señalada arriba
r = n2h2/mZe2 y a0=h2/me2
Obviamente, si las órbitas están cuantizadas las energías
correspondientes a las mismas también lo estarán:
E = Ec+Ep = -(mZ2e4/2h2)(1/n2)
- Los electrones que giran en órbitas estacionarias no
absorben ni emiten energía durante su movimiento. Los
electrones pueden absorber o emitir energía cuando saltan
de una órbita a otra de distinto radio.
La teoría atómica de Bohr explica bien la estructura del átomo de hidrógeno y su espectro
electrónico, pero posee varios inconvenientes, como son, su aplicabilidad exclusiva a átomos
hidrogenoides (de un sólo electrón) y el suponer una mezcla, un tanto arbitraria, de la física
clásica y de la física cuántica. Por otra parte, este modelo tampoco explica el efecto Zeeman,
o desdoblamiento de las líneas espectrales cuando el espectro atómico se realiza bajo la
acción de un campo eléctrico. Para poder explicar estos efectos se amplió la teoría de Bohr y
dando lugar al modelo de Bohr-Sommerfeld, en el que las órbitas de los electrones no sólo
son circulares sino también elípticas y en ellas aparecen los números cuánticos l y m.
Las representaciones cuánticas y las ideas sobre la
naturaleza dual de la luz y las partículas van a invadir el
pensamiento físico de la época.
El famoso químico-físico
Walter Nernst (1864 – 1941)
logró que el industrial belga
Ernest Solvay (1838 – 1922)
patrocinara un congreso, que
fue el primero de los famosos
Congresos Solvay que se han
efectuado desde 1911 en
Bruselas,
Bélgica.
Este
congreso
resultó
muy
importante en la historia de la
Física,
ya que
en su
transcurso la comunidad de
físicos
más
relevantes
renunció explícitamente a la
validez universal de la Física
desarrollada hasta fines del
siglo XIX, sostenidas por
la
Mecánica de Newton
y el Electromagnetismo de
Maxwell.
Werner K. Heisenberg (1874-1956), físico
alemán, mereció el premio Nóbel en 1932
por ser uno de los padres de la Mecánica
Cuántica.
Su
principio
de
la
incertidumbre ha tenido una profunda
influencia tanto en la Física como en la
Filosofía. Reanimó la polémica sobre el
clásico problema de la cognoscibilidad del
mundo. El curso ulterior de los
acontecimientos continúa demostrando la
capacidad humana para penetrar en los
enigmas de la naturaleza. Un estrecho
nacionalismo lo llevó a dirigir el plan
nuclear de la Alemania nazi que
afortunadamente no tuvo éxito.
El físico austriaco Erwin Schrodinger
pudo haber retenido su cátedra en
Berlín puesto que él tenía afiliación
católica, pero decidió mostrar su
rechazo al régimen nazi abandonando
Alemania. Su excepcional formación
cultural se refleja en su concepción
sobre la Historia: "La Historia es la
más fundamental de todas las
Ciencias, porque no hay conocimiento
humano
que
no
pierda
su
carácter
científico
cuando
los
hombres olvidan las condiciones en
que fue originado, las preguntas a las
que respondió y las funciones para las
cuales fue creado
La aproximación mecánico-cuántica
En esta aproximación, el comportamiento de una partícula microscópica puede explicarse en términos
de una función de onda, Ψ, que es una función matemática que depende de las coordenadas espaciales
(x, y, z). Esta función de onda sólo describe a dicha partícula si se obtiene al solucionar la ecuación de
Schrödinger, que en su forma simplificada puede escribirse como
HΨ = EΨ.
El término H es el operador Hamiltoniano, y engloba varios términos dependientes de cada sistema,
mientras que el término E es la energía de la partícula. Así pues, cuando se aplica el Hamiltoniano a
una función de onda, se obtiene la misma función de onda multiplicada por un valor E, que
corresponde a la energía de la partícula definida mediante el Hamiltoniano. En realidad, el
Hamiltoniano contiene dos operadores que representan a la energía cinética y la energía potencial (V)
del sistema:
H = (-h2/8π2m) ∇2 + V
La función de onda Ψ presenta regiones de amplitud positiva y negativa. Aunque estos
signos de la amplitud no tienen un significado físico directo, si resultan de gran importancia
cuando funciones de onda pueden interaccionar. En este caso, las partes positivas de ambas
funciones se sumarán originando un aumento de la amplitud en esa zona. Este fenómeno se
conoce como interferencia constructiva. Por otra parte, si las dos funciones de onda
presentan distintos signos, la parte positiva de una de ellas puede ser anulada por la parte
negativa de la otra dando lugar a lo que se conoce como una interferencia destructiva. Las
interferencias entre las funciones de onda suponen la base de la explicación mecanocuántica del enlace químico.
El átomo de Hidrógeno
El hidrógeno es el elemento más simple que existe, al constar únicamente de un protón
como núcleo y un electrón como corteza. La ecuación de Schrödinger que representa a este
sistema es la siguiente:
(∂2Ψ/∂x2) + (∂2Ψ/∂y2) + (∂2Ψ/∂z2) + (8π2m/h2)(E+e2/r)Ψ = 0
puesto que el potencial: V
= -e2/r.
Al ser este un sistema con simetría esférica, es más conveniente utilizar coordenadas
polares, para lo que se efectúan los siguientes cambios de variables:
x = r · sen θ· cos φ
y = r · sen θ· sen φ
z = r · cos θ
Coordenadas polares
El átomo de hidrógeno
En la década del 40, bajo el mayor
secreto, se desarrolla el llamado
Proyecto Manhattan, verdadera
empresa científica multinacional,
con el objetivo de fabricar la
bomba atómica. Una red de
laboratorios estadounidenses se
comparte los trabajos a los cuales
concurren científicos de todas las
banderas, alarmados con la
posibilidad de que la Alemania
hitleriana pudiera acceder primero
al arma nuclear.
Cuando el engendro destructivo
estuvo listo pero aún no se había
provocado el holocausto de
Hiroshima,
un
equipo
del
Laboratorio de Metalurgia de la
Universidad de Chicago proclamó
su oposición al lanzamiento de la
bomba. La mayoría de la
comunidad científica abrazó la
causa del uso pacífico de la energía
atómica.
La teoría de Dirac auguraba la
existencia de antipartículas para casi
todas las partículas elementales, lo
que se confirmó en lo sucesivo. En
1955
fueron
descubiertos los
antiprotones
y
luego
otras
antipartículas, en fin fue descubierto
el antimundo. Los pronósticos de
Dirac iban más lejos y aseguraban
que durante su encuentro ocurriría
el
aniquilamiento mutuo de
partículas y antipartículas con la
correspondiente
liberación
de
energía. El proceso de aniquilación
fue una confirmación más de la
ecuación
de
Einstein
que
interrelaciona masa y energía.
El camino que tomaron las investigaciones en el
campo de las micropartículas demostraba la
inagotabilidad de la materia. En 1961, el físico
norteamericano Murray Gell-Mann (1929- )
diseñó una especie de tabla periódica que
agrupaba a las partículas subatómicas en
familias de ocho. Este esquema fue confirmado
por descubrimientos posteriores. Tres años
después Gell-Mann propuso la existencia de los
quarks, partículas constituyentes de las
partículas
"elementales".
Según
la
profundización alcanzada en los niveles del
micromundo, hay bariones (de masa mayor o
igual a los protones); mesones (de masa inferior
a los protones y mayor que los electrones) y
luego hay quarks.
Por razones estructurales se clasificaron los quarks en seis grupos teóricos. A fines de la
década de los sesenta, en el laboratorio de aceleración de micropartículas de la Universidad
de Stanford el equipo integrado por el físico canadiense Richard E. Taylor (1929- ) y los
físicos estadounidenses Henry W. Kendall (1926-1999) y Jerome I. Friedman (1930- ),
descubrieron los quarks y por este descubrimiento, compartieron el Premio Nobel de Física
en 1990. En los noventa se probó la existencia del último de los seis grupos.
La teoría de la relatividad restringida sólo era válida para sistemas inerciales (sin aceleración) y
Einstein quería hacerla extensiva también a sistemas acelerados. La gravedad tiene algo especial que
no tiene ningún otro campo, y es que no podemos anularla ni aislarnos de ella mediante barreras, cosa
que sí podemos hacer por ejemplo en campos electromagnéticos. Su omnipresencia nos lleva a pensar
que el sistema inercial sin ninguna aceleración de la relatividad especial NO EXISTE y sólo nos vale
como aproximación.
Como Einstein dijo en 'El significado de la relatividad': "¿Cual es la justificación de nuestra
preferencia por los sistemas inerciales frente a todos los demás sistemas de coordenadas, preferencia
que parece estar sólidamente establecida sobre experiencias basadas en el principio de inercia? La
vulnerabilidad del principio de inercia está en el hecho de que requiere un razonamiento que es un
círculo vicioso: Una masa se mueve sin aceleraciones si está lo suficientemente alejada de otros
cuerpos; pero sólo sabemos que está suficientemente alejada de otros cuerpos cuando se mueve sin
aceleración“
Todo esto nos lleva a pensar que la gravedad y el espacio están unidos entre si de tal forma que son un
solo objeto.
1- El llamado "Principio de equivalencia" entre sistemas de coordenadas acelerados y otros en
presencia de un campo gravitatorio (muy vinculado con el teorema de igualdad entre masa inerte y
gravitatoria)
2- Aceptando que todo sistema acelerado es inercial localmente en un diferencial de tiempo, de modo
similar a lo habitual en física de considerar la velocidad como constante si sólo consideramos un
diferencial de tiempo.
La conclusión a la que se llega es que la gravedad no es una fuerza en si misma sino que solo es el
resultado visible de una deformación del espacio-tiempo a causa de la presencia de una masa. Esta
deformación queda definida por las ecuaciones de campo de Einstein y así la gravedad queda reducida
a pura geometría
Ecuaciones de campo forman un sistema de 10 ecuaciones
diferenciales de 4 dimensiones y relacionan la geometría del
espacio-tiempo (G) con la distribución de materia y energía (T)
La curvatura del
espacio-tiempo en
una
zona
del
universo es igual al
contenido de masa
y energía de esa
región
Primera Predicción
La segunda predicción que realizó
fue el demostrar que el eje mayor
de la órbita de mercurio (que es
elíptica) giraba 43 segundos de
arco cada 100 años, aparte de los
efectos que producen en su órbita
la atracción del resto de los
planetas. Este hecho ya había sido
observado en años anteriores a la
teoría de Einstein y no había
podido
ser
explicado
satisfactoriamente. Por fin, con la
relatividad de Einstein, se obtuvo
la
respuesta
a
este
comportamiento anómalo. Más
recientemente ha sido observado
este fenómeno de un modo más
exagerado en pulsars dobles.
La tercera predicción fue respecto a los cambios que sufre el tiempo en presencia de un
campo gravitatorio (corrimiento al rojo gravitatorio).
Dado que el tiempo transcurre a menor ritmo a causa de un campo gravitatorio, la
frecuencia de la luz emitida por un átomo ha de sufrir el mismo efecto siendo su frecuencia
menor en el mismo factor que el tiempo en la ecuación Así la frecuencia será:
Así el Sol, por ejemplo debería emitir su luz en una frecuencia ligeramente menor de la
supuesta según esta expresión. Este efecto fue medido por primera vez en 1962. (Para el Sol
M = 2.0×1030 kg, R = 6.955×108 m, así Δλ/λ = 2.12×10-6)
Otra comprobación de este enlentecimiento del tiempo se ha realizado midiendo el tiempo
transcurrido desde que se envía una señal a una sonda espacial hasta que se recibe la
respuesta. Si la sonda está en conjunción superior con el Sol, las señales pasarán rozando el
Sol para ir de la Tierra a la sonda y viceversa, viajando algo más lentas en las cercanías del
Sol y produciéndose un retraso respecto a lo previsto. Esto se ha comprobado con las naves
Mariner 6 y 7 y con un retraso estimado de 200 µs se ha cumplido dentro de un error del 3
%.
Irwin Shapiro en 1964 predijo este efecto por primera vez. El Sol dilataría la duración de la
propagación de los rayos al pasar cerca del sol.
La cosmología relativista entró en una
nueva fase en 1922, cuando el físico y
geofísico ruso A.A. Fridman (1888 –
1925) publicó dos obras clásicas que se
oponían
al
modelo
estacionario
propuesto por Einstein, y abrían paso a
las ideas sobre un universo en
expansión. Sólo siete años después de
los trabajos de Fridman, en 1929, el
astrónomo norteamericano E. Hubble
(1889 – 1953), que trabajaba en el
reflector más grande de aquellos
tiempos en el observatorio de Mount
Wilson, llegó a la conclusión, a partir
del desplazamiento hacia el rojo de las
rayas espectrales de todos los sistemas
estelares distanciados, de que todas las
estrellas se alejan de nuestra galaxia.
En el verano de 1967, Jocelyn Bell se
encontraba investigando en la Universidad de
Cambridge,
bajo
la
asesoría
del
radioastrónomo Antony Hewish (1924- ), la
escintilación de los quásares. En este empeño
descubrieron una señal inusual recibida a un
intervalo constante cercano al segundo.
Semejante señal pulsante fue inicialmente
interpretada como el resultado de una emisión
de seres inteligentes, pero luego la detección
de una señal análoga desde el extremo opuesto
del cielo evaporó esa probabilidad. Un año
después la mayoría de los físicos aceptaban la
naturaleza de los púlsares como estrellas de
neutrones de una increíble densidad que giran
rápidamente en un pequeño círculo con
intensos campos electromagnéticos, emitiendo
ondas de radio.
Los púlsares fue el primer paso en la
verificación de la existencia de un fenómeno
teórico muy extraño: los agujeros negros.
El físico teórico Stephen Hawking
(1942- ) es la figura líder de la
moderna cosmología. Los sentidos
del hombre se resienten con las
concepciones emergentes de la teoría
de la gran explosión. Una edad del
universo estimada en 13,7 ± 0,2 mil
millones de años, un modelo que
advierte un período de inflación
cósmica de 10-35 segundos, la
expansión y el enfriamiento que
condujo
a
la
bariogénesis
produciendo de alguna manera la
asimetría observada entre materia y
antimateria, son elementos en que se
asienta la prevaleciente cosmovisión
actual.
Hawking, con un extraordinario espíritu y la alta tecnología puesta a su servicio es uno de
los grandes en el propósito de enlazar la Mecánica Cuántica y la Relatividad las dos
principales teorías de la Física Moderna, desarrollando la teoría cuántica de la gravedad.
Abdus Salam nació en Jhang, un pequeño
pueblo paquistaní en 1926. Graduado en
Cambridge, mereció el Premio Nobel de
Física en 1979. El dinero recibido de sus
premios internacionales ha sido dedicado
totalmente para posibilitar que jóvenes
talentos en Física de su país y de otros países
subdesarrollados
visiten
el
Centro
Internacional de de Física Teórica fundado
por Salam en Trieste.
Abdus Salam fue un devoto musulmán cuya
religión no ocupó un compartimiento
separado de su vida; fue inseparable de su
trabajo y su vida familiar.
Brian Greene (1963- ), profesor del
Departamento de Física de la Universidad
de Columbia, es uno de los fundadores de
la Teoría de las Supercuerdas, también
llamada teoría del "Todo" por su supuesta
capacidad para explicar completamente
los
atributos
de
las
partículas
fundamentales del Universo e integrar en
un único cuadro, apasionada ambición de
Einstein, las fuerzas físicas conocidas
hasta hoy por el hombre. Greene se ha
esforzado en "traducir" las complejas
nociones que emergen de considerar un
mundo de n- dimensiones que no atrapan
nuestros sentidos, a símiles comprensibles.
Ha defendido también la hipótesis que
esta teoría no puede considerarse que
agote los enigmas de la naturaleza y
detenga el desarrollo del conocimiento
científico
La protección de la propiedad industrial en todo el siglo
XIX operó como un elemento de financiamiento de nuevas
investigaciones que alentaran y permitieran nuevos logros
en la invención. Pero con el siglo XX se van haciendo
borrosos los contornos de los descubrimientos y las
invenciones para la pupila de las grandes transnacionales
interesadas más que todo en competir con éxito en el
templo del mercado. Una encendida polémica se viene
gestando en la opinión pública que gana creciente
conciencia de los peligros que entraña semejante política.
Afortunadamente, entre los propios investigadores se
desarrolla un movimiento tendiente a preservar como
patrimonio de toda la humanidad los descubrimientos
científicos de mayor trascendencia
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