La Física del pasado, un repaso

1895

Se descubren los rayos X y se estudian sus propiedadesEl físico alemán Wilhelm Röntgen logra la primera radiografía experimentando con un tubo de rayos catódicos que había forrado en un grueso papel negro. Se da cuenta de que el tubo además emitía unos misteriosos rayos que tenían la propiedad de penetrar los cuerpos opacos. Los llamó rayos X. Por este aporte fue galardonado con el primer premio Nobel de Física, en 1901.

1896-1898

Se descubre la radioactividad y se aísla el radio en 1898, el físico francés Henri Becquerel descubre que el uranio emite una penetrante radiación. Dos años más tarde, sus colegas Marie y Pierre Curie comenzaron a aislar el radio, con sus emisiones positivas (alfa), negativas (beta) y neutras (gama).

1897

Se descubre el electrón. El investigador británico Joseph John Thomson determina que los rayos catódicos, observados en tubos vacíos bajo alto voltaje, son “cuerpos negativamente cargados”. Estos son los electrones, la primera y genuina partícula indivisible encontrada.

1900

Max Planck propone el quantum de energía, Para explicar los colores del calor de la materia incandescente, el físico alemán Max Planck asumió que la emisión y absorción de radiación ocurre en cantidades discretas y cuantificadas de energía. Su idea marcó el inicio de la teoría cuántica de la materia y la luz.

1901

Las ondas electromagnéticas cruzan el océano. Guglielmo Marconi, un inventor italiano, genera ondas de radio que son detectadas cruzando el océano Atlántico. Después de unos pocos años, la radio es ampliamente usada por los barcos en el mar.

1905 – 1914

Se propone la dualidad onda-partícula de la luz. Albert Einstein propone que la luz, que tiene propiedades de onda, también estaba formada por paquetes de energía cuantificados y discretos, que más tarde fueron llamados fotones. Este modelo explica el efecto fotoeléctrico, en que la luz “expulsa” electrones de una placa de metal.

1905

La teoría de la relatividad redefine el tiempo y el espacio. Albert Einstein publica su teoría de la relatividad especial, donde postula que nada moverse más rápido que la luz, que el tiempo y el espacio no son absolutos, y que la materia y la energía son equivalentes (E=mc2). Nunca nadie dijo tanto con tan poco. Aquí empezamos a poder entablar un serio diálogo con los fotones.

1908-1913

Se clasifican las estrellas. El astrónomo danés Ejnar Hertzsprung y el astrofísico norteamericano Henry Norris Russell correlacionan la energía emitida por una estrella con su temperatura. Esto ordena los tipos estelares las gigantes rojas hasta las enanas blancas, y permite la comprensión de cómo las estrellas nacen y mueren.

1911

Se propone el modelo nuclear del átomo de Ernest Rutherford (físico neozelandés que trabaja en Inglaterra) propone el modelo nuclear del átomo explicar el “rebote” de las partículas alfa desde una delgada lámina de oro. Descubre que en el centro del átomo está el núcleo (la verdadera materia) que supone tan solo el 1/100.000 del átomo, el resto, son espacios vacíos.

1911

Se descubre la superconductividad El físico holandés Heike Kamerlingh Onnes observa que el mercurio pierde su resistencia eléctrica a temperaturas cercanas al cero absoluto. Este efecto de la baja temperatura también se observa en otros materiales. Le concedieron el Nobel de Física de 1913.

1911-1912

Se revela la estructura atómica de cristalesLa técnica de la cristalografía de rayos X, desarrollada por el equipo de William y Henry Lawrence Bragg, padre e hijo, en Gran Bretaña, y Max von Laue en Alemania, muestra que la hermosa simetría de los cristales sólidos revela la disposición de los átomos.

1913

Diagrama del modelo atómico de Bohr.

Se expone el modelo de átomo de Niels BohrNiels Bohr, físico danés, presenta su modelo atómico en que los electrones giran a grandes velocidades en órbitas circulares alrededor del núcleo ocupando la órbita de menor energía posible, esto es, la órbita más cercana al núcleo. El electrón “subir” o “caer” de nivel de energía, para lo cual necesita “absorber” o “emitir” energía, por ejemplo en de radiación o de fotones.

1913

La teoría cuántica explica el espectro del hidrógeno. El físico danés Niels Bohr usa la idea del quantum predecir la longitud de onda de la luz emitida por el hidrógeno incandescente, que la física clásica no logra explicar.

1915-1924

Después de una larga carrera a la búsqueda de la manera en que debía ser formulada,  Einstein consiguió plasmar en realidad uno de los más complejos pensamientos de la Mente Huamna, Él nos dijo como funciona la Naturaleza en presencia de los grandes cuerpos que curvan el espaciotiempo y dibujan la geometria espacial del universo.

La teoría de la relatividad general reemplaza la ley de gravedad de NewtonAlbert Einstein extendió su teoría especial describir la gravedad como una propiedad inherente al espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Einstein reemplaza la ley de gravedad de Newton por una ecuación que explica la gravitación como una curvatura del espacio-tiempo. La teoría explica correctamente la desviación gradual de la órbita del planeta Mercurio.

1916

Robert Andrews Millikan en 1891

Se determina la magnitud de la constante cuántica. El norteamericano Robert Millikan usa el efecto fotoeléctrico que Einstein explicó en 1905, medir h, la constante matemática introducida por Max Planck para definir su quantum de energía, que es: 6,626 x 10-34 joule-segundo.

1917

El telescopio del Monte Wilson comienza sus operaciones. Un telescopio con un espejo de 100 pulgadas (el más grande por 30 años) es instalado en la cima del Monte Wilson, en California, elegido por la tranquilidad y claridad de su atmósfera.

1919

un eclipse solar se comprueba la deflexión de la luz por el campo gravitacional, tal como predijo la teoría de la relatividad general. De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad curva el espacio y desvía los haces de luz. Una expedición montada por la Real Sociedad Astronómica observa el efecto predicho en las ideales de un eclipse solar. La confirmación hace famoso a Einstein.

1922

La teoría de la relatividad general predice un universo expansivo.Aunque Einstein en un principio rechazó el resultado, su teoría de la relatividad general predijo que todo el espacio-tiempo se expande, como señaló el matemático y meteorólogo soviético Alexander Friedmann.

1923

Se confirma la dualidad onda-partícula de la luzEl físico norteamericano Arthur Holly Compton observa que en sus interacciones con electrones, las ondas electromagnéticas se comportan como partículas, por ejemplo, como pequeñísimas bolas de billar, una nueva evidencia que confirma la realidad del fotón.

1923

Se propone la dualidad onda-partícula de la materiaInspirado en por su experiencia en la Primera Guerra Mundial con las ondas de radio, el físico francés Louis de Broglie generaliza la dualidad onda-partícula sugiriendo que las partículas de materia también se comportan como ondas.

1923

Se descubre la naturaleza de las galaxias. El astrónomo norteamericano Edwin Hubble, usando el telescopio del Monte Wilson, determina que la galaxia Andrómeda está a un millón de años luz (más tarde se corrigió a dos millones de años luz). Esto resuelve un largo debate sobre las distancias cósmicas.

1924

Se publica El cohete en el espacio interplanetario. El pionero alemán de cohetes Hermann Obert muestra cómo un cohete desarrollar suficiente velocidad de salida para vencer la atracción gravitacional de la Tierra. Sin embargo, no sería justo dejarlo aquí. En 1903, el profesor de matemáticas de educación secundaria Konstantín Tsiolkovsky (1857–1935) publicó Исследование мировых пространств реактивными приборами (“La exploración del espacio cósmico por métodos de reacción”), el primer trabajo científico serio que trataba de vuelos espaciales. La ecuación del cohete de Tsiolskovski —el principio que gobierna la propulsión de cohetes— lleva su nombre en su honor. Su trabajo fue particularmente desconocido fuera de la Unión Soviética, donde inspiró extensas investigaciones, experimentación, y la formación de la Sociedad Cosmonáutica. Su trabajo se volvió a publicar en el 1920 en respuesta al interés ruso sobre el trabajo de Robert Goddard. Entre otras ideas, Tsiolkovsky propuso acertadamente el uso de oxígeno e hidrógeno líquidos como un excelente par propulsor, determinó la estructura que se debía construir y diseñó la forma en que debían estar los cohetes para aumentar la eficiencia de masa y aumentar así radio de alcance.

1925-1934

Se formulan nuevos fundamentos la mecánica cuántica. El físico alemán Werner Heisenberg aplica el concepto matemático de matrices para dar de los cuantos de luz discretos emitidos y absorbidos por los átomos. Su idea provee de una estructura a la nueva física cuántica.

La Mecánica matricial es una formulación de la mecánica cuántica creada por Werner Heisenberg, Max Born y Pascual Jordan en 1925. La mecánica matricial fue la primera definición completa y correcta de la mecánica cuántica. Extiende el modelo de Bohr al describir como ocurren los saltos cuánticos. Lo realiza interpretando las propiedades físicas de las partículas como matrices que evolucionan en el tiempo. Es el equivalente a la formulación ondulatoria planteada por Erwin Schrödinger y es la base de la notación bra-ket de Paul Dirac para la formulación ondulatoria.

1925

Comienza el estudio de la estructura estelar. El astrofísico inglés Arthur Eddington encuentra una relación simple la masa de una estrella y la energía que irradia.

1926

La ecuación de Schrödinger describe la naturaleza ondulatoria de la materia. El físico austriaco Erwin Schrödinger introduce su famosa ecuación (figura 1) que describe la naturaleza de onda de la materia, la que se convierte en una piedra angular de la mecánica cuántica. Donde Ψ es la función de onda de una partícula, m su masa y V su energía potencial.

Al comienzo del siglo XX se había comprobado que la luz presentaba una dualidad onda corpúsculo, es decir, la luz se podía manifestar (según las circunstancias) como partícula (fotón en el efecto fotoeléctrico), o como onda electromagnética en la interferencia luminosa. En 1923 Louis-Victor de Broglie propuso generalizar esta dualidad a todas las partículas conocidas. Propuso la hipótesis, paradójica en su momento, de que a toda partícula clásica microscópica se le puede asignar una onda, lo cual se comprobó experimentalmente en 1927 cuando se observó la difracción de electrones. Por analogía con los fotones, De Broglie asocia a cada partícula libre con energía y cantidad de movimiento una frecuencia y una longitud de onda :

La comprobación experimental hecha por Clinton Davisson y Lester Germer mostró que la longitud de onda asociada a los electrones medida en la difracción según la fórmula de Bragg se correspondía con la longitud de onda predicha por la fórmula de De Broglie.

Esa predicción llevó a Schrödinger a tratar de escribir una ecuación para la onda asociada de De Broglie que para escalas macroscópicas se redujera a la ecuación de la mecánica clásica de la partícula.

1926-1928

Se desarrolla la televisión y se transmite una señal sobre el océano. El ingeniero eléctrico británico John Baird transmite la primera imagen de televisión de objetos en movimiento. En 1928, envía una película a través de tecnología inalámbrica que cruza el océano Atlántico.

1927

    La luz, onda y corpúsculo. Dos teorías diferentes convergen gracias a la física cuántica.

Se prueba la dualidad onda-partícula de la materiaClinton Davisson y Lester Germer, del laboratorio de Teléfonos Bell, muestran que los electrones “rebotan” una hilera de átomos en un cristal de níquel de manera que las ondas de luz se reflejan y difractan desde una superficie corrugada.

1927

Werner Heisenberg propone el principio cuántico de incertidumbreWerner Heisenberg, físico alemán, establece su principio cuántico de incertidumbre, según el cual es imposible medir exactamente la posición y velocidad de una partícula al mismo tiempo.

1927

Se postula que el universo comenzó un único evento. Georges Lemaitre, astrónomo y clérigo belga, concluye que el universo comenzó su expansión desde un pequeño y caliente “huevo cósmico”. Este es el origen de la teoría del Big Bang. Después de aquellos primeros escarceos, vinieron a desarrollar la idea una legión de cosmólogos, astrónomos y físicos que, con la ayuda de modernos aparatos y rtelescopios, han podido ir acercando la idea primera a un moderno Modelo Cosmológico que, hay en día es el más aceptado: El Big Bang.

1928

Se descubre una nueva interacción la luz y la materia. El físico indio Chandrasekhara Venkata Raman encuentra que un haz de luz cambia su longitud de onda si es desviado por la materia. Con la llegada del láser, Raman rápidamente logra una importante herramienta para el estudio de los materiales orgánicos e inorgánicos.

1928

Se predicen las antipartículas. Combinando la relatividad especial con la mecánica cuántica, el físico británico Paul Dirac elabora una ecuación el comportamiento de los electrones, que inesperadamente también predice la existencia de nuevas partículas con propiedades similares pero carga opuesta, llamadas genéricamente antipartículas: ¡el Positrón!

1929

Se establece la expansión del universoEdwin Hubble descubre que mientras más lejos está una galaxia de nosotros, más de su luz se desplaza el rojo y más rápido se separa de nosotros. Esto sugiere que el universo se expande, como fue predicho en 1922.

1929-1932

Se demuestra la actividad eléctrica en células nerviosas. El neurofisiólogo británico Edgar Adrian usa instrumentos electrónicos como el osciloscopio para detectar eventos eléctricos en nervios y células cerebrales. Más tarde, Adrian estudia cómo actividad eléctrica se relaciona con la epilepsia.

1930

Se inventa el motor de reacción a chorro. Frank White, un ingeniero aeronáutico británico, patenta el primer motor de reacción a chorro, que sería testeado en un de prueba en 1941.

1930-1935

Se inventa el plástico. El químico alemán Hermann Staudinger muestra cómo las pequeñas moléculas forman cadenas de polímeros, estructura fundamental del plástico, y sugiere cómo polímeros. En la Compañía E. I. du Pont de Nemours, el químico norteamericano Wallace Hume Carohers desarrolla el nylon y la goma sintética.

1932

Se descubre el neutrón. El físico británico James Chadwick bombardea berilio con núcleos de helio y encuentra el neutrón, el segundo constituyente del núcleo atómico junto con el protón. partícula eléctricamente neutra se usar para bombardear y probar el núcleo.

1932

Imagen capturada en una PET cerebral típica.

Los positrones, la partícula contrapuesta al electrón, es muy utilizada en medidina. La tomografía por emisión de positrones, es una tecnología sanitaria propia de una especialidad médica llamada medicina nuclear.

Se encuentra la primera antipartículaEl físico norteamericano Carl D. Anderson examina los rastros dejados por un rayo de partículas cósmicas en una cámara de niebla. Anderson descubrió la huella de la trayectoria de un electrón positivo, o positrón, cuya existencia había predicho Paul Dirac en 1928.

1932

Se propone el mecanismo de creación de agujeros negros. Basado en la teoría de la relatividad general, el astrónomo alemán Karl Schwarzschild mostró en 1916 que un cuerpo denso producir un efecto gravitacional tan fuerte que la luz no puede escapar: un agujero negro. En 1932, el astrofísico indioestadounidense Subrahmanyan Chandrasekhar calculó que una estrella de una cierta masa colapsa bajo su propia gravedad y se convierte en una enana blanca. Para una masa mucho mayor el colapso puede llevar a una estrella de neutrones y finalmente a un agujero negro.

1932

El ciclotrón consta de dos placas semicirculares huecas, que se montan con sus bordes diametrales adyacentes dentro de un campo magnético uniforme que es normal al plano de las placas y se hace el vacío. A dichas placas se le aplican oscilaciones de alta frecuencia que producen un campo eléctrico oscilante en la región diametral entre ambas. Como consecuencia, durante un semiciclo el eléctrico acelera los iones, formados en la región diametral, hacia el interior de uno de los electrodos, llamados ‘Ds’, donde se les obliga a recorrer una trayectoria circular mediante un campo magnético y finalmente, a

Se inventa el ciclotrón. El físico norteamericano Ernest O. Lawrence y el estudiante M. Stanley Livingston construyen un ingenioso dispositivo para estudiar el núcleo atómico sondeándolos con partículas subatómicas energizadas. Su ciclotrón acelera esas partículas haciéndolas pasar repetidamente por un ciclo a través de un campo eléctrico y produce partículas con una energía extremadamente alta. El diseño inspira generaciones de aceleradores de partículas que examinan el núcleo y las partículas elementales.

1933

Se presenta el problema de la materia oscura. Fritz Zwicky, un astrónomo suizo en California, examina la rotación de las galaxias, concluye que ellas deben contener más masa de la que podemos ver y llama a este inexplicable material “materia oscura”. En 1934 se producen isótopos radioactivos artificiales, Irène Joliot-Curie (hija de Pierre y Marie Curie) y su marido, Frédéric Joliot-Curie, bombardean aluminio con núcleos de helio para producir un isótopo radioactivo artificial: fósforo-30. Los isótopos radioactivos son prontamente utilizados en exámenes biológicos como la toma de yodo la glándula tiroides.

1935-1938

Se inventa la fotocopiadora. El inventor norteamericano Chester Carlson inventa un método para copiar basado en el hecho de que el selenio se vuelve un buen conductor eléctrico cuando se ilumina. La primera fotocopiadora comercial, Xerox modelo A, se operaba manualmente y usaba un papel especial. La primera fotocopiadora automática se produjo bajo el Xerox en 1959.

1936

El sonido se graba en una cinta magnética. El dispositivo llamado “magnetófono” usa cinta magnética ―primero fabricado de polvo magnético aplicado a una tira de papel― para grabar un concierto dirigido por Sir Thomas Beecham.

1937

Se encuentra un “electrón pesado: ” los rayos cósmicos examinados en una cámara de niebla, el físico norteamericano Carl D. Anderson y Seth Neddermeyer encuentran el muón, una partícula elemental 200 veces más masiva que un electrón.

1937

Se inventa el radar y se pone en operaciones. Robert Watson-Watt y otros ingenieros británicos desarrollan el radar (acrónimo de “Radio Detection and Ranging” [detección y medición de distancias mediante ondas radioeléctricas]), un método para detectar objetos distantes iluminándolos con ondas de radio y midiendo la señal reflectante; su primera aplicación fue en la defensa aérea.

1938

Se descubre el mecanismo de producción de energía de las estrellas. La física clásica no cuantificar la enorme energía que genera una estrella de tamaño promedio como nuestro sol. El físico alemán-estadounidense Hans Bethe explica este fenómeno en términos de la teoría de las reacciones nucleares. Bethe calculó que la alta temperatura dentro de las estrellas causa que los núcleos de hidrógeno se fusionen, constituyan helio y liberen una gran energía por billones de años.

1938

Se encuentra un de comportamiento de fluidos. Trabajando a temperaturas cercanas al cero absoluto, el físico soviético Pyotr Kapitsa encuentra que el helio líquido tiene propiedades de superfluido; fluye casi sin ninguna fricción interna, exhibiendo comportamientos bizarros como una tendencia a escalar espontáneamente fuera de su envase.

1938-1939

Se observa la fisión nuclear en el uranio. Los químicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann detectaron “elementos livianos” en el uranio irradiado con neutrones; la física austriaca Lise Meitner (fugada de los nazis) y su sobrino Otto Frish explican este resultado como una fisión nuclear.

1939

Vuela el primer helicóptero diseñado para la producción en masa. Después de su fracaso al construir un helicóptero viable en 1909-1910, el ingeniero aeronáutico ruso Igor Sikorsky usa los nuevos conocimientos en aerodinámica para construir y volar exitosamente su helicóptero VVS-300.

1942

Se usa el microscopio de electrones para examinar un virus. Los electrones, debido a su comportamiento ondulatorio, tienen asociada una longitud de onda. En el microscopio electrónico, inventado por el ingeniero alemán Ernst Ruska, un haz de electrones de onda corta examina una muestra con más alta resolución que la que ser obtenida con un microscopio óptico. En 1942, Salvador Edward Luria, un biólogo italoestadounidense, usa el dispositivo para tomar imágenes de un virus de tamaño 10-7 metros.

1942

Comienza a operar el primer reactor nuclear. Debajo de las galerías del estadio de fútbol de la Universidad de Chicago, un equipo encabezado por el físico italoestadounidense Enrico Fermi inició la primera reacción en cadena de fisión nuclear controlada, en una “pila atómica” que contenía uranio y grafito.

1942