Línea de tiempo de la física moderna

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

El Reactor B de Hanford en construcción. El primer reactor productor de plutonio.

Se produce el elemento plutonio y se aísla el uranio–235. Se realizan dos descubrimientos fundamentales en Estados Unidos, basados en tecnología militar. Glenn Seaborg y sus colegas bombardearon uranio en un ciclotrón y produjeron el elemento plutonio fisionable, uno de los nueve elementos nuevos más pesados que el uranio que Seaborg ayudaría a . John Dunning y sus colaboradores mostraron que el uranio-235 es una forma fisionable del uranio y desarrollaron un método para aislar este isótopo. El plutonio-239 y el uranio-235 llegaron a ser esenciales para la producción de la bomba atómica.

1944

Se resuelve un problema básico de magnetismo. El químico noruego-estadounidense Lars Onsager desarrolla una ingeniosa descripción matemática del modelo Ising, una simulación en dos dimensiones de un magneto compuesto por muchos pequeños magnetos atómicos. Más tarde, este probó ser útil en el análisis de otros sistemas complejos, como los gases adheridos a superficies sólidas y las moléculas de hemoglobina que transportan oxígeno.

 

1946

Se inventa la datación con carbono (carbono 14). El químico norteamericano Willard Frank Libby muestra cómo encontrar la data de muerte de organismos vivos midiendo el decaimiento del carbono 14 radiactivo. La datación por radiocarbono es certera para eventos de más de 50 000 mil años, y es ampliamente usada por arqueólogos, antropólogos e investigadores de la Tierra.

1946

Se completa el primer computador electrónico digital programable. El computador ENIAC (iniciales en inglés de Integrador y Comparador Numérico Electrónico), basado en tubos al vacío, entra al servicio de la Universidad de Pensylvania. Sus características básicas son: una máquina electrónica, digital y programable, características que aun son esenciales en los modernos computadores.

1947

Se termina el primer gran radiotelescopio. Delineando sobre el pionero del ingeniero norteamericano Karl Jansky, y gracias a la tecnología radial desarrollada durante la Segunda Guerra Mundial, Bernard Lowell y sus colegas construyen un radiotelescopio de 218 pies de diámetro, en Jodrell Bank (Inglaterra).

1947

Se inventa el transistor. Los físicos estadounidenses John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain inventan el transistor, un amplificador electrónico compuesto por pequeñas piezas de material semiconductor. Este es el precursor del circuito integrado y de los chips de memoria.

1947

Se descubre el pión. Con métodos fotográficos, el físico británico Cecil Frank Powell encuentra evidencia en los rayos cósmicos estudiados del mesón pi o pión, una partícula predicha por Yukawa en 1935.

1948

Se formula la teoría moderna de luz y electrones, electrodinámica cuántica. Los físicos estadounidenses Richard Feynman y Julian Schwinger y el físico japonés Sin-Itiro Tomonaga, desarrollan la electrodinámica cuántica (QED), la primera teoría completa de la interacción de fotones y electrones.

1949

Se modela el núcleo atómico. La física alemana-estadounidense María Goeppert Mayer y Hans Jensen, en Alemania, describen que el núcleo atómico está constituido por capas esféricas de neutrones y protones. Esto explica la especial estabilidad del núcleo. Aunque en realidad, la estabilidad del núcleo biene dada por los bosones intermediarios de la fuerza nuclear fuewrte que los constituyen. Sin olvidar que, el núcleo tiene carga positiva y se estabiliza cuando es rodeado por el mismo número de electrones que protones tiene, y, al ser los electrones partículas de carga negativa, equilibra el átomo en general.

1949
Se inventa la memoria de núcleo magnético para computadorEl ingeniero estadounidense Jay Forrester, quien trabajaba para la Armada de Estados Unidos, concibe el uso de pequeños anillos que se pueden magnetizar en el norte o sur para representar los números binarios 1 ó 0. Su memoria de centro de ferrito, tridimensional y de alta velocidad, llega a ser un hito en el diseño de computadores.

1950
Se publica investigación pionera en física de plasmaEn electrodinámica cósmica, el astrofísico sueco Hannes Alfvén resume su temprano en física del plasma, el estudio de los gases ionizados, que se relaciona con fenómenos del campo magnético de la Tierra como la aurora boreal, la ciencia del espacio, y con investigaciones posteriores en fusión nuclear.

1951
Se construye el primer computador electrónico comercialLos ingenieros estadounidenses John Mauchly y John Eckert construyeron el Univac I (Universal Automatic Computer I) con 5 mil tubos al vacío y almacenamiento de en cinta magnética. En 1952, un computador Univac recopiló la votación presidencial de Estados Unidos, anticipando el triunfo de Dwight Eisenhower.

1952
Se analiza el ADN usando rayos XLa físico-química británica Rosalind Franklin realiza estudios del ADN utilizando rayos X. Estos estudios se usan luego para establecer la estructura del ADN.

1952-1953
Se concibe y construye el precursor del láserEl físico estadounidense Charles H. Townes y sus colegas soviéticos Alexander Mikhailovich Prokhorov y Nikolai Gennadiyevich Basov sugieren en independiente una forma de inducir a las moléculas para que emitan microondas intensas y coherentes. Townes construyó y le dio al primer maser (término proveniente de las iniciales en inglés de Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation [amplificación de microondas mediante radiación de emisión estimulada]).

1953
Se propone la estructura de doble hélice para el ADNEl biólogo Maurice Wilkins y el biofísico Francis Crick, ambos británicos, junto con el biólogo estadounidense James Watson, descubrieron la estructura de doble hélice de la compleja molécula orgánica que codifica la información genética: el ADN.

1954
Se inventa la celda solarCientíficos de los laboratorios Bell desarrollan la celda fotovoltaica, un dispositivo de silicio que usa luz solar para generar una corriente eléctrica.

1954-1956
Nace la fibra óptica
El físico holandés Abraham van Heel descubre que un revestimiento de película mejora la transmisión de luz por fibras de vidrio, lo que conduce al rápido desarrollo de tecnología. En 1956, el ingeniero indio Narinder Kapany acuña el término “fibras ópticas”.

1956-1957
Se derriba una ley fundamental de las partículas elementales
La ley de conservación de la paridad afirma que las partículas elementales y sus imágenes en un espejo deberían comportarse en idéntica. Después de que dos físicos estadounidenses de origen chino, Tsung-Dao Lee y Chen Ning Tang, propusieran que algunos procesos subatómicos violan esta ley, un equipo liderado por un tercer físico estadounidense de origen chino, Chien-Shiung Wu, confirmó la predicción.1957Se lanza la primera nave espacial orbitalEn una asombrosa hazaña que puso inicio a la era espacial, la Unión Soviética lanza el primer satélite artificial, el Sputnik I, de 184 libras de peso, seguido por el Sputnik II, de 1.000 libras.

1957
Se explica la superconductividadEl equipo estadounidense conformado por John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer resuelve el viejo acertijo de la superconductividad, descubierta en 1911. Ellos mostraron que los electrones en superconductores forman pares cuyas propiedades cuánticas les permiten viajar sin perder energía.1958Se inventa el circuito integradoRobert Noyce, de la Fairchild Semiconductor Corporation, y Jack Kilby, de Texas Instruments, inventaron en independiente el circuito integrado, que incorpora muchos transistores y otros en un solo chip hecho del semiconductor silicio (el primer circuito integrado de Kilby).

1958
Se usa el ultrasonido por primera vez en aplicaciones médicasInspirado en el éxito del sonar antisubmarino durante la Segunda Guerra Mundial, el obstetra británico Ian Donald comienza a usar ondas de sonido de alta frecuencia para examinar fetos en mujeres embarazadas. técnica de ultrasonido evita los riesgos de los rayos X y se comienza a usar ampliamente en obstetricia y otras aplicaciones médicas.

1958-1962
Se exploran y aplican los túneles cuánticos.
En 1958, el físico japonés Leo Esaki, de Sony Corporation, usa túneles cuánticos que permiten a electrones, con comportamiento de onda, pasar barreras consideradas impenetrables por la física clásica, en el dispositivo electrónico “diodo túnel”.
En 1962, Brian Josephson, estudiante de 22 años de la Universidad de Cambridge, descubre que los pares de electrones pueden perforar un túnel dos superconductores separados, un efecto que se usa en pruebas de sensibilidad magnética en geología, medicina y física.

1959
Se predice y confirma un efecto cuántico.
El físico estadounidense David Bohm y el estudiante graduado israelí Yakir Aharonov predijeron que un campo magnético afecta las propiedades cuánticas de un electrón en una no admitida por la física clásica. El efecto Aharonov-Bohm se observa en 1960 e insinúa el caudal de sorpresas que seguían latentes en la mecánica cuántica.

1960
Se construye el primer láserEn la compañía aeronáutica Hughes, el físico estadounidense Theodore Maiman extrae una brillante y altamente concentrada luz de color muy puro de un cilindro de rubí. El láser es un producto de la teoría cuántica y pronto se usa en un amplio rango de aplicaciones comerciales.

1962
Se inventan los láser semiconductoresInvestigadores de GE, IBM y del Laboratorio Lincoln del MIT descubren que los dispositivos diodos basados en el semiconductor arseniuro de galio (GaAs) convierten la energía eléctrica en luz. En la década de 1990, se fabricaron billones de láser semiconductores año para usarlos en telecomunicaciones y reproductores de CD.

1963
Se descubren los quásaresEl astrónomo holandés-estadounidense Maarten Schmidt analiza el corrimiento al rojo de la luz emitida por el objeto astronómico 3C 273 y muestra que está extremadamente distante. Este es el primer quasar conocido, un objeto que se ve similar a una estrella, pero más brillante que algunas galaxias. Los quásares pueden ser asociados con agujeros negros gigantes.

1964
Se postula la existencia de los quarksLos teóricos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig postulan en independiente la existencia de los quarks, partículas con cargas eléctricas que son fracciones de las cargas de los electrones, como los ladrillos de protones, neutrones y otras partículas de interacción fuerte. Esto introduce un nuevo orden dentro del mundo subatómico.

1965
Ley de MooreGordon Moore, cofundador de Intel Corporation, nota que el de elementos activos que se pueden en un chip de computador se duplica cada 18 meses. La regla conocida como ley de Moore continúa vigente por más de tres décadas. Para fines del siglo XX, algunos chips contendrían más de 109 transistores.

1966
Se demuestra la potencialidad del vidrio como medio eficaz de transmisión a larga distancia (fibra óptica)Charles Kao y George Hockham, de los Laboratorios Standard Communications, de Inglaterra, publican un artículo que demuestra teóricamente qu

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La Historia sigue hasta llegar a nuestros días y, desde el año 1.966 hasta la fecha, son muchos los sucesos, descubrimientos e inventos que se han realizado. Sin embargo, hemos querido dejar aquí un recuerdo del pasado que, por gentileza del Programa Explora chileno, podéis disfrutar hoy aquí.

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Una parte de la ciencia estudia la estructura y la evolución del Universo: La cosmología.

La cosmología observacional se ocupa de las propiedades físicas del Universo, como su composición física referida a la química, la velocidad de expansión y su densidad, además de la distribución de Galaxias y cúmulos de galaxias.  La cosmología física intenta comprender estas propiedades aplicando las leyes conocidas de la física y de la astrofísica.  La cosmología teórica construye que dan una descripción matemática de las propiedades observadas del Universo basadas en esta comprensión física.

La cosmología también tiene aspectos filosóficos, o incluso teológicos, en el sentido de que trata de comprender por qué el Universo tiene las propiedades observadas. La cosmología teórica se basa en la teoría de la relatividad , la teoría de Einstein de la gravitación.  De todas las fuerzas de la naturaleza, la gravedad es la que tiene efectos más intensos a escalas y domina el comportamiento del Universo en su conjunto.

El espacio-tiempo, la materia contenida en el Universo con la fuerza gravitatoria que , los posibles agujeros de gusano y, nuestras mentes que tienen conocimientos de que todo esto sucede o puede suceder. De manera que, nuestro consciente (sentimos, pensamos, queremos obrar con conocimiento de lo que hacemos), es el elemento racional de personalidad humana que controla y reprime los impulsos del inconsciente, para desarrollar la capacidad de adaptación al mundo exterior.

Al ser conscientes, entendemos y aplicamos nuestra razón natural para clasificar los conocimientos que adquirimos mediante la experiencia y el estudio que aplicamos a la realidad del mundo que nos rodea. Claro que, no todos podemos percibir la realidad de la misma manera, las posibilidades existentes de que el conocimiento de esa realidad, responda  exactamente a lo que  ésta es en sí, no parece .

Descartes, Leibniz, Locke, Berkeley, Hume (que influyó decisivamente en Kant), entre otros, construyeron una base que tomó fuerza en Kant, para quien el conocimiento arranca o nace de nuestras experiencias sensoriales, es decir, de los datos que nos suministra nuestros cinco sentidos, pero no todo en él procede de esos datos.  Hay en nosotros dos fuentes o potencias distintas que nos capacitan , y son la sensibilidad (los sentidos) y el entendimiento (inteligencia).  Esta no puede elaborar ninguna idea sin los sentidos, pero éstos son inútiles sin el entendimiento.

A todo esto, para mí, el conocimiento está inducido por el .  La falta y ausencia de interés aleja el conocimiento.  El interés puede ser de distinta índole: científico, social, artístico, filosófico, etc.  (La gama es tan amplia que existen conocimientos de todas las posibles vertientes o direcciones, hasta tal punto es así que, nunca nadie lo podrá saber todo sobre todo). Cada uno de nosotros puede elegir sobre los conocimientos que prefiere adquirir y la elección está adecuada a la conformación individual de la sensibilidad e inteligencia de cada cual.

                     Lo que ocurría allá arriba, siempre despertó en nosotros y curiosidad

También se da el caso de personas que prácticamente, por cuestiones genéticas o de otra índole, carecen de cualquier por el conocimiento del mundo que les rodea, sus atributos sensoriales y de inteligencia funcionan a tan bajo rendimiento que, sus comportamientos son casi-animales (en el sentido de la falta de racionalidad), son guiados por la costumbre y las necesidades primarias: comer, dormir…

El polo opuesto lo encontramos en múltiples ejemplos de la historia de la ciencia, donde personajes como Newton, Einstein, Riemann, Ramanujan y tantos otros (cada uno en su ámbito del conocimiento), dejaron la muestra al mundo de su genio .

Pero toda la realidad está encerrada en una enorme burbuja a la que llamamos Universo y que encierra todos los misterios y secretos que nosotros, seres racionales y conscientes, persiguen.

                                                                                        A la conciencia nos grita

Todo el mundo sabe lo que es la conciencia; es lo que nos abandona cada noche cuando nos dormimos y reaparece a la mañana siguiente cuando nos despertamos.  Esta engañosa simplicidad me recuerda lo que William James escribió a finales del siglo XIX sobre la atención:”Todo el mundo sabe lo que es la atención; es la toma de posesión por la mente, de una forma clara e intensa, de un hilo de pensamiento de entre simultáneamente posibles”.  Más de cien años más tarde somos muchos los que creemos que seguimos sin tener una comprensión de fondo ni de la atención, ni de la conciencia que, desde luego, no creo que se marche cuando dormimos, ella no nos deja nunca.

La falta de comprensión ciertamente no se debe a una falta de atención en los círculos filosóficos o científicos.  Desde que René Descartes se ocupara del problema, pocos han los temas que hayan preocuado a los filósofos tan persistentemente como el enigma de la conciencia.

Para Descartes, como para más de dos siglos después, ser consciente era sinónimo de “pensar”: el hilo de pensamiento de James no era otra cosa que una corriente de pensamiento. El cogito ergo sum, “pienso, luego existo”, que formuló Descartes como fundamento de su filosofía en Meditaciones de prima philosophía, era un reconocimiento explícito del papel central que representaba la conciencia con respecto a la ontología (qué es) y la epistemología (qué conocemos y cómo le conocemos).

Claro que tomado a pie juntillas, “soy consciente, luego existo”, nos conduce a la creencia de que nada existe más allá o fuera de la propia conciencia y, por mi parte, no estoy de acuerdo.   Existen muchísimas cosas y hechos que no están al alcance de mi conciencia.  Unas veces por imposibilidad física y otras por imposibilidad intelectual, lo es que son muchas las cuestiones y las cosas que están ahí y, sin embargo, se escapan a mi limitada conciencia.

Todo el entramado existente alrededor de la conciencia es de una complejidad enorme, de hecho, conocemos mejor el funcionamiento del Universo que el de nuestros propios cerebros. ¿Cómo surge la conciencia como resultado de procesos neuronales particulares y de las interacciones entre el cerebro, el cuerpo y el mundo? ¿Cómo pueden explicar estos procesos neuronales las propiedades esenciales de la experiencia consciente ?

Cada uno de los estados conscientes es unitario e indivisible, pero al mismo tiempo cada persona puede elegir entre un ingente de estados conscientes distintos.

                                    Sherrington

Muchos han los que han querido explicar lo que es la conciencia.  En 1.940, el gran neurofisiólogo Charles Sherrington lo intento y puso un ejemplo de lo que él pensaba sobre el problema de la conciencia.  Unos pocos años más tarde también lo intentaron otros y, antes, el mismo Bertrand Russell hizo lo propio, y, en todos los casos, con más o menos acierto, el resultado no fue satisfactorio, por una sencilla razón: nadie sabe a ciencia cierta lo que en verdad es la conciencia y cuales son sus verdaderos mecanismos; de hecho, Russell expresó su escepticismo sobre la capacidad de los filósofos para alcanzar una respuesta:

“Suponemos que un proceso fisico da comienzo en un objeto visible, viaja hasta el ojo, donde se convierte en otro proceso físico en el nervio óptico y, finalmente, produce algún efecto en el cerebro al mismo tiempo que vemos el objeto donde se inició el proceso; pero este proceso de ver es algo “mental”, de naturaleza totalmente distinta a la de los procesos físicos que lo preceden y acompañan.  Esta concepción es tan extraña que los metafísicos han inventado toda suerte de teorías con el fin de sustituirla con algo menos increíble”.

Está claro que en lo más profundo de ésta consciencia que no conocemos, se encuentran todas las planteadas o requeridas mediante preguntas que nadie ha contestado.

Al comienzo mencionaba el cosmos y la gravedad junto con la consciencia y, en realidad, con más o menos acierto, de lo que estaba tratando era de hacer ver que todo ello, es la misma cosa.  Universo-Galaxia-Mente.  Nada es independiente en un sentido global, sino que son de un todo y están estrechamente relacionados.

Una Galaxia es simplemente una parte pequeña del Universo, nuestro planeta es, una mínima fracción infinitesimal de esa Galaxia, y, nosotros mismos, podríamos ser comparados (en a la inmensidad del cosmos) con una colonia de bacterias pensantes e inteligentes.  Sin embargo, todo forma parte de lo mismo y, aunque pueda dar la sensación engañosa de una cierta autonomía, en realidad todo está interconectado y el funcionamiento de una cosa incide directamente en las otras.

Pocas dudas pueden caber a estas alturas de que, el hecho de que podamos estar hablando de estas cuestiones, es un milagro en sí .

Después de millones y millones de años de evolución, se formaron las conciencias primarias que surgieron en los animales conciertas estructuras cerebrales de cierta (aunque limitadas) complejidad que, podían ser capaces de construir una escena mental, pero con capacidad semántica o simbólica muy limitada y careciendo de un verdadero lenguaje.

La conciencia de orden (que floreció en los humanos y presupone la coexistencia de una conciencia primaria) viene acompañada de un sentido de la propia identidad y de la capacidad explícita de construir en los estados de vigilia escenas pasadas y futuras.  Como mínimo, requiere una capacidad semántica y, en su forma más desarrollada, una capacidad lingüística.

Los procesos neuronales que subyacen en nuestro cerebro son en realidad desconocidos y, aunque son muchos los y experimentos que se están realizando, su complejidad es tal que, de momento, los avances son muy limitados.  Estamos tratando de conocer la máquina más compleja y perfecta que existe en el Universo.

Si eso es así, resultará que después de todo, no somos tan insignificantes como en un principio podría parecer, y solo se trata da tiempo. En su momento y evolucionadas, nuestras mentes tendrán un nivel de conciencia que estará más allá de las percepciones físicas tan limitadas.  Para entonces, sí estaremos totalmente integrados y formando parte, como un todo, del Universo que ahora presentimos.

El carácter de la conciencia me hace adoptar una posición que me lleva a decidir que no es un objeto, sino un proceso y que, desde este punto de , puede considerarse un ente digno del estudio científico perfectamente legítimo.

La conciencia plantea un problema especial que no se encuentra en otros dominios de la ciencia.  En la Física y en la Química se suele explicar unas entidades determinadas en función de otras entidades y leyes.  Podemos describir el agua con el lenguaje ordinario, pero podemos igualmente describir el agua, al menos en principio, en términos de átomos y de leyes de la mecánica cuántica.  Lo que hacemos es conectar dos niveles de descripción de la misma entidad externa (uno común y otro científico de extraordinario poder explicativo y predictivo.  Ambos niveles de descripción) el agua líquida, o una disposición particular de átomos que se comportan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica (se refiere a una entidad que está fuera de nosotros y que supuestamente existe independientemente de la existencia de un observador consciente.

En el caso de la conciencia, sin embargo, nos encontramos con una simetría.  Lo que intentamos no es simplemente comprender de qué manera se puede explicar las conductas o las operaciones cognitivas de otro ser humano en términos del funcionamiento de su cerebro, por difícil que esto parezca.  No queremos simplemente conectar una descripción de algo externo a nosotros con una descripción científica más sofisticada.  Lo que realmente queremos hacer es conectar una descripción de algo externo a nosotros (el cerebro), con algo de nuestro interior: una experiencia, nuestra propia experiencia individual, que nos acontece en tanto que observadores conscientes.  Intentamos meternos en el interior o, en la atinada ocurrencia del filósofo Tomas Negel, qué se siente al ser un murciélago.  Ya sabemos qué se siente al ser nosotros mismos, qué significa ser nosotros mismos, pero queremos explicar por qué somos conscientes, saber qué es ese “algo” que no s hace ser como somos, explicar, en fin, cómo se generan las cualidades subjetivas experienciales.  En suma, deseamos explicar ese “Pienso, luego existo” que Descartes postuló como evidencia primera e indiscutible sobre la cual edificar toda la filosofía.

Ninguna descripción, por prolija que sea, logrará nunca explicar cabalmente la experiencia subjetiva.  Muchos filósofos han utilizado el ejemplo del color para explicar este punto.  Ninguna explicación científica de los mecanismos neuronales de la discriminación del color, aunque sea enteramente satisfactorio, bastaría para comprender cómo se siente el proceso de percepción de un color.  Ninguna descripción, ninguna teoría, científica o de otro tipo, bastará nunca para que una daltónica consiga experimentar un color.

En un experimento mental filosófico, Mary, una neurocientífica del futuro daltónica, lo sabe todo acerca del visual y el cerebro, y en particular, la fisiología de la discriminación del color.  Sin embargo, cuando por fin logra recuperar la visión del color, todo aquel conocimiento se revela totalmente insuficiente comparado con la auténtica experiencia del color, comparado con la sensación de percibir el color.  John locke vio claramente este problema hace mucho tiempo.

Pensemos por un momento que tenemos un amigo ciego al que contamos lo que estamos viendo un día soleado del mes de abril: El cielo despejado, limpio y celeste, el Sol allí arriba esplendoroso y cegador que nos envía su luz y su calor, los árabes y los arbustos llenos de flores de mil colores que son asediados por las abejas, el aroma y el rumor del río, cuyas aguas cantarinas no cesan de correr transparentes, los pajarillos de distintos plumajes que lanzan alegres trinos en sus vuelos por el ramaje que se mece movido por una brisa suave, todo esto lo contamos a nuestro amigo ciego que, si de pudiera ver, comprobaría que la experiencia directa de sus sentidos ante tales maravillas, nada tiene que ver con la pobreza de aquello que le contamos, por muy hermosas palabras que para hacer la descripción empleáramos.

La mente humana es tan compleja que, no todos ante la misma cosa, vemos lo mismo.  Nos enseñan figuras y dibujos y nos piden que digamos (sin pensarlo) la primera cosa que nos sugiere.  De entre personas solo coinciden tres, los otro siete divergen en la apreciación de lo que el dibujo o la figura les sugiere.

Esto nos viene a demostrar la individualidad de pensamiento, el libre albedrío para decidir.   Sin embargo, la misma , realizada en grupos de conocimientos científicos similares y específicos: Físicos, matemáticos, químicos, etc.  hace que el número de coincidencias sea más elevada, más personas ven la misma respuesta al problema planteado.  Esto nos sugiere que, la mente, está en un estado virgen que cuenta con todos los elementos necesarios para dar respuestas pero que necesita experiencias y aprendizaje para desarrollarse.

¿ Debemos concluir entonces que una explicación científica satisfactoria de la conciencia queda para siempre fuera de nuestro alcance? ¿O es de manera posible romper esa barrera, tanto teórica como experimental, para resolver las paradojas de la conciencia?

                                                             Todavía no sabemos encajar las piezas

La respuesta a estas y otras preguntas, en mi opinión, radica en reconocer nuestras limitaciones actuales en este del conocimiento complejo de la mente, y, como en la Física cuántica, existe un principio de incertidumbre que, al menos de momento (y creo que en muchos cientos de años), nos impide saberlo todo sobre los mecanismos de la conciencia y, aunque podremos ir contestando a preguntas parciales, alcanzar la plenitud del conocimiento total de la mente no será nada sencillo, entre otras razones está el serio inconveniente que su nosotros mismos, ya que, con nuestro que hacer podemos, en cualquier momento, provocar la propia destrucción.

Una cosa si está clara: ninguna explicación científica de la mente podrá nunca sustituir al fenómeno real de lo que la propia mente pueda .

¿ Cómo se podría comparar la descripción de un con sentirlo, vivirlo física y sensorialmente hablando ?

Hay cosas que no pueden ser sustituidas, por mucho que los analistas y especialistas de publicidad y márketin se empeñen,  lo auténtico siempre será único. Es curioso cómo funciona la Naturaleza. Si miramos unos millones de protones, electrones o neutrones, no podemos ver ninguna diferencia en ninguno de ellos, todos son exactamente iguales. Sin embargo, nosotros los Humanos, somos siete mil millones y, aunque parecidos, nunca podremos encontrar a dos seres iguales, ni físicamente ni mentalmente tampoco, Cada uno de nosotros tiene su propio mundo en su Mente.

emilio silvera

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Lo que es normal en invierno para muchas personas, hasta ha sido imposible en la física: Una temperatura por debajo de cero. Para mucha gente, las temperaturas bajo cero en la escala Celsius (grados centígrados) sólo son sorprendentes en verano. En la escala absoluta de temperatura, llamada también escala Kelvin y usada por los físicos, no es posible descender por debajo de cero, al menos no en el sentido de que algo esté más frío que cero grados kelvin.

Según el significado físico de temperatura, la temperatura de un gas está determinada por el movimiento caótico de sus partículas. Cuanto más frío esté el gas, más lentamente se mueven sus partículas. A cero grados Kelvin (273 grados centígrados bajo cero), las partículas dejan de moverse y desaparece todo ese desorden. Por tanto, nada estar más frío que cero grados en la escala Kelvin.

                                               Edificio principal de la Universidad de Múnich

Sin embargo, unos físicos en la Universidad Ludwig-Maximilian de Múnich, y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, ambas instituciones en Alemania, han creado en el laboratorio un gas atómico que llega a alcanzar valores negativos en la escala Kelvin, siguiendo las definiciones convencionales adoptadas. Estas temperaturas absolutas negativas tienen varias implicaciones aparentemente absurdas: Aunque los átomos en el gas se atraen entre sí y producen una presión negativa, el gas no se colapsa, una conducta también postulada en la cosmología para el efecto principal de la energía oscura.

Con la ayuda de temperaturas absolutas negativas, se podría, hipotéticamente hablando, crear motores térmicos capaces de proezas imposibles en el mundo físico conocido, por ejemplo un motor de combustión con una eficiencia termodinámica superior al 100 por cien.

Para convertir al agua en vapor, hay que suministrar energía. A medida que el agua se calienta, las moléculas de agua incrementan su energía cinética y en promedio se mueven cada vez más rápido. Sin embargo, las moléculas individuales poseen energías cinéticas distintas, muy lentas hasta muy rápidas. Los estados de baja energía son más comunes que los de alta energía, es decir, sólo unas pocas partículas se mueven con mucha rapidez. En física, esta distribución se conoce como Distribución de Boltzmann. El equipo de físicos de Ulrich Schneider e Immanuel Bloch ha dado ahora con un gas en el que esta distribución está invertida: muchas partículas poseen energías altas, y sólo unas pocas tienen energías bajas. Esta inversión de la distribución de energía implica que las partículas han asumido, al menos en ese aspecto, una temperatura absoluta negativa.

La Distribución de Boltzmann invertida es el sello distintivo de la temperatura absoluta negativa, y esto es lo que Schneider y Bloch han logrado. Sin embargo, el gas no está más frío que cero grados Kelvin, sino más caliente, otra aparente paradoja.

Como mejor se puede ilustrar el significado de una temperatura absoluta negativa es con esferas que ruedan en un paisaje en el que los valles representan una energía potencial baja, y las colinas una energía potencial alta. Cuanto más rápido se muevan las esferas, mayor es su energía cinética: Si se parte de temperaturas positivas y se aumenta la energía total de las esferas calentándolas, esas esferas se moverán cada vez más hacia regiones de alta energía. Si fuera posible calentar las esferas hasta una temperatura infinita, las probabilidades de que estuvieran en algún punto del paisaje serían la mismas para cualquier punto, independientemente de la energía potencial. Si en esa situación se pudiera añadir aún más energía y por tanto calentar aún más las esferas, éstas se reunirían preferentemente en estados de alta energía, y estarían aún más calientes que una temperatura infinita. La distribución de Boltzmann se invertiría, y la temperatura sería por tanto negativa. A primera vista, puede parecer extraño que una temperatura absoluta negativa sea más caliente que una positiva. Sin embargo, esto es simplemente una consecuencia de la definición histórica de Temperatura Absoluta; si estuviera definida de manera diferente, contradicción aparente no existiría.

La temperatura en el espacio exterior, según todas las mediciones de satélites de microondas, es de -270,43ºC (2,72 Kelvin) y los átomos y moléculas se mueven más despacio que están en un medio más caliente.

Esta inversión de la población de estados de energía no es posible en el agua o en cualquier otro sistema natural, ya que el sistema tendría que absorber una cantidad infinita de energía, algo imposible. Sin embargo, si existiera un límite superior para la energía de las partículas, como sería el caso de la cima de la colina en el símil del paisaje de energías potenciales, la situación sería completamente diferente. El equipo de Bloch y Schneider parece que ha dado ahora con un sistema de gas atómico de ese tipo, caracterizado por un límite superior de energía. Este aparente logro es fruto de su en el laboratorio, siguiendo las propuestas teóricas de Allard Mosk y Achim Rosch.

Hipotéticamente, la existencia de materia a temperaturas absolutas negativas tiene toda una serie de implicaciones sorprendentes, de las que destaca la ya citada de un motor de combustión con una eficiencia superior al 100 por cien. Sin embargo, esto no significa que se viole la ley de conservación de la energía. Lo que ocurriría es que el motor no sólo podría absorber energía de un medio más caliente, sino también de uno más frío.

El logro de los físicos de Múnich también podría ser interesante para la cosmología, ya que la conducta termodinámica de la temperatura negativa presenta semejanzas con la llamada energía oscura. Los cosmólogos consideran que la energía oscura es la fuerza misteriosa que acelera la expansión del universo, cuando parece lógico que el cosmos debería contraerse por la atracción gravitatoria todas las acumulaciones de masa del cosmos.

Existe un fenómeno similar en la nube atómica creada en el laboratorio de Múnich: El experimento se basa en el hecho de que los átomos en el gas no se repelen sí como en un gas convencional, sino que sus interacciones son de atracción. Esto significa que los átomos ejercen una presión negativa en vez de una positiva. Como consecuencia, la nube de átomos “quiere” contraerse y debería colapsarse, tal como cabría esperar que pasara con el universo bajo el efecto de la gravedad. Pero debido a la temperatura negativa de la nube de átomos, esto no sucede.

Fuente: NCYT Amazings

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Aunque no todas si son muchas las GUT y teorías de supersimetría las que predicen la de cuerdas en la congelación del segundo 10^-35 despues del comienzo del tiempo, cuando la fuerza fuerte se congeló y el universo se infló. Las cuerdas se deben considerar como un subproducto del proceso mismo de congelación. Es cierto que aunque las diversas teorías no predicen cuerdas idénticas, sí predicen cuerdas con las mismas propiedades generales. En primer lugar las cuerdas son extremadamente masivas y también extremadamente delgadas; la anchura de una cuerda es mucho menor que la anchura de un protón¹. Las cuerdas no llevan carga eléctrica, así que no interaccionan con la radiación como las partículas ordinarias. Aparecen en todas las formas; largas lineas ondulantes, lazos vibrantes, espirales tridimensionales, etc. Sí, con esas propiedades podrían un candidato perfecto para la “materia oscura”. Ejercen una atracción gravitatoria, pero no pueden ser rotas por la presión de la radiación en los inicios del Universo.

 El espesor estimado de una cuerda es de 10^-30 centímetros, comparados con los 10^-13 de un protón. Además de ser la más larga, y posiblemente la más vieja estructura del universo conocido, una cuerda cósmica sería también la más delgada: su diámetro sería 100.000.000.000.000.000 veces más pequeño que el de un protón.. Y cada cuerda sería terriblemente inquieta, algo así como un látigo agitándose por el espacio casi a la velocidad de la luz. Las curvas vibrarían como enloquecidas bandas de goma, emitiendo una corriente continua de ondas gravitacionales: rizos en la misma tela del espacio-tiempo. ¿Qué pasaría si una cuerda cósmica tropezara con un planeta? Al ser tan delgada, podría traspasarlo sin tropezar con un solo núcleo atómico. Pero de todos modos, su intenso gravitatorio causaría el caos.

Simulación del efecto de lente generado por una cuerda cósmica. Crédito: PhysicsWorld.com

Por tanto, cuando observásemos un objeto con una cuerda cósmica en la trayectoria de nuestra mirada, deberíamos ver este objeto dos veces, con una separación entre ambas del orden del defecto de ángulo del cono generado por la curvatura del espaciotiempo. Esta doble imagen sería característica de la presencia de una cuerda cósmica, pues otros cuerpos, como estrellas o agujeros negros, curvan el espaciotiempo de manera distinta, generando al menos cuatro deformadas. Por tanto, una observación de este fenómeno no podría dar lugar a un falso positivo.

En este sentido, el nombre de cuerda cósmica está justificado debido a que son impresionantemente pesadas, pasando a ser objetos macroscópicos aun cuando su efecto es pequeño. Una cuerda de seis kilómetros de longitud cuya separación entre ambas geodésicas es de apenas 4 segundos de arco tendría ¡la masa de la Tierra!. Evidentemente, cuerdas de este calibre no se espera que existan en la naturaleza, por lo que los defectos de ángulo esperados son aún menores y, por tanto, muy difíciles de medir.

Y esta es una de las razones de que todavía no se haya encontrado ninguna cuerda de este tipo. Si bien en los últimos años han surgido muchas candidatas a estar formadas por un efecto de lente de este tipo, la mayoría han resultado ser dos cuerpos distintos pero muy similares entre sí. Pese a ello, los astrofísicos y los teóricos de cuerdas no puerden la esperanza de encontrar en los próximos años, y gracias a telescopios cada vez más potentes, como el GTC; evidencias directas de la existencia de este tipo de cuerdas; evidencias que no sólo nos indicarían que las teorías de cuerdas van por buen camino, si no que el modelo del Big Bang es un modelo acertado.

                                               Esquema del de rayos para el efecto de lente gravitatoria de una cuerda cósmica

Las cuerdas cósmicas, desde el momento de su en el segundo 10^-35,  constituyen un entorno masivo, apelmazado, contra el que se desarrolla la evolución de las partículas, núcleos y átomos. Como no son afectadas por la presión de la radiación,como el plasma, pueden servir como núcleos de condensación -las semillas- para la de galaxias, cúmulos galácticos y supercúmulos, siempre que puedan sobrevivir lo necesario para hacerlo.

Neil Turok, titular de la cátedra de Física Matemática en el Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de la Universidad de Cambridge. Es coautor, con Paul Steinhardt, de Universo Infinito: allá del Big Bang. El portavoz de la idea de las cuerda cósmica es Niel Turok, un joven físico teórico que trabaja en el Imperial College de Londres y pasa muicho tiempo en EE UU haciendo un periplo por diversas Universidades. Ha hecho del desciframiento de la conducta de las cuerdas cósmicas  el trabajo de su vida (al menos por el momento) y, se aplica en las complejas ecuaciones de la teoría de campos cuánticos que describen dichas cuerdas. Su enfoque es admirable por su integridad:

En lugar de seguir el camino normal desarrollando la conducta de las cuerdas y dejando a otros hallar el efecto que las cuerdas tienen sobre el problema de las galaxias, Turok y los jovenes que le rodean han decidido aprender cosmología. Dicha decisión no es frecuenta y por inusual, ha llamado la atención que se quieran especializar de manera específica en otro distinto al suyo para poder hacer y comprender mejor su trabajo. Y, otra curiosidad es que, el más duro crítico de las cuerdas cósmicas, P.J.E. Peebles, de Princeton, haya estado actuando como su tutor, lo cual, es tan significativo que se podría alorar como uno de los gestos más desinteresados y de alta calidad que en la Física se pueda haber producido.

Una de las virtudes de esta teoría es que puede detectarse por la observación. Aunque las cuerdas en sí son invisibles, sus efectos no tienen por qué serlo. La idea de las supercuerdas nació de la física de partículas, más que en el de la cosmología (a pesar del nombre, la cuerdas cósmicas no tienen nada que ver con la teoría de las “supercuerdas”, que mantiene que las partículas elementales tienen forma de cuerda). Surgió en la década de los sesenta cuando los físicos comenzaron a entrelazar las tres fuerzas no gravitacionales – electromagnetismo y fuerzas nucleares fuertes y débiles – en una teoría unificada.

En 1976, el concepto de las cuerdas se había hecho un poco más tangible, gracias a Tom Kibble. Kibble estudiaba las consecuencias cosmológicas de las grande teorías unificadas. Estaba particularmente interesado en las del 10^-35 segundo después del Big Bang, cuando las temperaturas en el cosmos embrionario bajaron más de billones de billones de grados. Ese fue el momento en que las fuerzas y las partículas se diferenciaron unas de otras.

El misterioso “universo” de los campos cuánticos

A los cosmólogos les gusta visualizar esta revolucionaria transición como una especie de “cristalización”: el , en un principio saturado de energía, cambió a la forma más vacía y más fría que rodea actualmente nuestro planeta. Pero la cristalización fue, probablemente, imperfecta. En el cosmos recién nacido podría haberse estropeado con defectos y grietas, a medida que se enfriaba rápidamente y se hinchaba.

cuerdas están en La Teoría M de E. Witten que nos explica muy bien las implicaciones de las cuerdas en el contexto del Universo, y, ademas, lleva implícita la Gravedad Cuántica que tantos físicos buscan desde hace mucho tiempo para explicar cuestiones que hasta el momento carecen de ella. Sin embargo, estas son otras cuerdas que, implicadas en las profundidades de la materia, nos podría explicar otras muchas cosas a diferente nivel de lo que la cuerda cósmica pretende explicar.

Turok nos dice:

“Durante los últimos diez años he estado trabajando en la cuestión de cómo empezó el universo – o no comenzar. ¿Qué sucedió en el Big Bang? Para mí, esto parece ser una de las cuestiones más fundamentales de la ciencia, porque todo lo que sabemos de salir de la Explosión. Ya se trate de partículas o los planetas o las estrellas o, en última instancia, incluso la vida misma.

En los últimos años, la de las leyes fundamentales de la naturaleza nos ha obligado a pensar en el Big Bang, mucho más profundamente. De acuerdo con nuestras mejores teorías – la teoría de cuerdas y la teoría M – todos los detalles de las leyes de la física son en realidad determinada por la estructura del universo, en concreto, por la disposición de pequeñas enrollada dimensiones extra del espacio. Este es un muy hermoso: la física de partículas en sí es ahora más que otro aspecto de la cosmología. Pero si se quiere entender por qué las dimensiones extra están dispuestos como están, hay que entender el Big Bang porque ahí es donde todo proviene.

De alguna manera, hasta hace muy poco, la física fundamental se había llevado bien sin realmente hacer frente a ese problema. Ya en la década de 1920, Einstein, Friedmann y Lemaitre – los fundadores de la moderna cosmología – di cuenta que había una singularidad en el Big Bang. Que de alguna manera, cuando se traza el universo de nuevo, todo lo que salió mal unos 14 millones de años. Al salir mal, me refiero a todas las leyes de la física dejan: dan infinitos y sin sentido. El mismo Einstein no interpretó esto como el principio de los tiempos, que acaba de decir, bueno, mi teoría falla. La mayoría de las teorías fallan en algún régimen, y entonces usted necesita una teoría mejor. La teoría de Isaac Newton falla cuando las partículas se muevan muy rápido, sino que no logra describir eso, necesita relatividad. Del mismo modo, Einstein dijo, “necesitamos una mejor teoría de la gravedad que la mía”. Lo cierto es que la Fuerza de Gravedad no ha sido bien comprendida todavía y esconde secretos que no hemos sabido desvelar.

La Relatividad predice cosas que, aún no hemos llegado a comprobar y, si son ciertas…

Pero en la década de 1960, cuando la evidencia observacional para el Big Bang se hizo muy fuerte, los físicos de alguna manera saltó a la conclusión de que debe haber el principio del tiempo. No estoy seguro de por qué lo hicieron, pero tal vez se debió a Fred Hoyle – el principal impulsor de la rival de estado estacionario teoría – que parece haber ridiculizado con éxito la teoría del Big Bang, diciendo que no tenía sentido porque implicaba un principio de los tiempos y que sonaba absurdo.

A continuación, el Big Bang fue confirmado por la observación. Y creo que todo el mundo acaba de comprar argumento de Hoyle y dijo, bueno, el Big Bang es cierto, el tiempo está bien, así que debe de haber comenzado. Así que nos metimos en esta forma de pensar: que de alguna manera el tiempo comenzó y que el proceso o evento, en el que se inició no es descriptible por la física. Eso es muy triste. Todo lo que vemos a nuestro alrededor se basa por en ese caso, y sin embargo ese es el caso de que no se puede describir. Eso es básicamente donde estaban las cosas en la cosmología, y la gente se preocupa más preguntas para los próximos 20 años.”

Para algunos, no parece que pueda caber la menor duda en el sentido de que, fueron las cuerdas cósmicas las que posibilitaron que se puedieran formar las grandes estructuras del universo surviendo de semilla o núcleo sobre el que se fueron adhiriendo inmensas porcianes de materia que conformarían el objeto .

Es posible que las cuerdas cósmicas nos den una visión particularmente atractiva del universo y nos hace pensar en que, en el núcleo de cada galaxia hay una cuerda cósmica que, como el esqueleto de nuestros cuerpos, es la que la mantiene firme tal como la podemos contemplar y hace posible su existencia. Sin embargo, la teoría nos dice que las cuerdas cósmicas (como todo en el universo), tienen un tiempo de vida que una vez cumplido, desaparecen.

  ¿Quién sabe lo que el Universo esconde?

Está claro que la cuerda cósmica tal y como la presenta la teoría, es todo energía. Cuando comienza a despedir ondas gravitatorias, el proceso sigue hasta que la cuerda se ha radiado a si misma simplemente fuera de la existencia. Cuando su energía se agota, no queda nada. Por tanto sería posible utilizar las proporciones de pérdida de energía que predice la teoría de la relatividad para calcular cuanto tiempo durará la energía almacenada en cualquier cuerda cósmica.

De hecho hubo un período de nervios cuando en cierto tiempo pareció que la cuerda cósmica tendrían una vida demasiado corta para poder realizar su trabajo de formar las galaxias, que romperían los anillos y se radiarian así misma fuera de la existencia antes que la materia y la radiación y la materia ordinaria se desparejaran. Sin embargo, los nuevos cálculos parecen ahora que los anillos capaces de formar las semillas de las galaxias durarían lo suficiente para llevar a cabo su función.

Claro que estas teorías de cuerdas, como tantas otras antes que ella, también han desarrollado una gran avalancha de excepticismo que es mostrado por algunos en esos momentos de la última cerveza en charlas distendidas entre compañeros físicos y cosmólogos que están unidos por esa curiocidad por si, en realidad, esas cuerdas han existido alguna vez. Y, esos excepticos, en verdad, no eran más duros en las críticas a las teorías de los demás que con las suyas propias.

Pero claro, nunca se debe decir que no. Hay maneras de comprobar las evidencias, al menos dos. Una, la llamada lente gravitatoria, se apoya en los efectos que las cuerdas cósmicas tendrían sobre la luz de las galaxias distantes. El otro método, algo más indirecto, implica la de ondas gravitatorias despedidas por las cuerdas al comienzo de la vida del Universo.

La lente gravitacional es el en el que los rayos de luz son doblados por el gravitacional de un objeto masivo (en este caso serían las cuerdas cósmicas las responsables), también las galaxias y los agujeros negros producen el efecto de Lente gravitacional.

Las ondas gravitatorias están siendo buscadas por programas y proyectos construídos para tal fin, como LIGO y otros, y, hasta el momento, no parece que se haya tenido muchos resultados a pesar de que, la teoría nos dice que las cuerdas cósmicas emitían una gran cantidad de radiación gravitatoria en los primeros días del Universo. Sin embargo, sí se ha localizado la radiación cósmica del fondeo de microondas y las ondas gravitacionales no.

Está claro que la idea de la cuerda cósmica es sugestiva y nos podría explicar (por fín) como se pudieron formar las galaxias. La gran masa de la cuerda apunta a que debieron ser creadas muy pronro en la vida del Universo, probablemente mucho antes que la materia ordinaria cuando las temperaturas eran muy altas y había mucha energía para formar objetos exóticos.

Si en verdad estuvieron allí, no lo podemos saber a ciencia cierta, y, se trabaja en la búsqueda de pruebas irrefutables que nos confirmen su presencia y su trabajo y contibución en la de las grandes estructuras del Universo.

Las grandes estructuras de nuestro Universo se pudieron haber formado a partir de unas semillas (cuerdas cósmicas) de gran densidad que atraían a la materia ordinaria para formarlas, y, de esa manera, pudieron haberse formado las galaxias y estrellas del cielo. De momento, ninguna explicación mejor que esa nos puede aclarar esa incognita que persiste desde siempre y que, en no pocas ocasiones, produce verguenza a los cosmólogos que, en realidad, no saben qué contestar a una simple :

¿Cómo se formaron las galaxias?

silvera

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