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Sep

27

Matemáticas que describen la Naturaleza

Autor por Emilio Silvera ~ Archivo Clasificado en Física ~ Comentarios Comments (1)

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Suponiendo que algún físico brillante nos resuelva la teoría de campos de cuerdas y derive las propiedades conocidas de nuestro universo, con un poco de suerte, podría ocurrir en este mismo siglo, lo que no estaría nada mal considerando las dificultades de la empresa.

La desconocida fuerza del universo que produce energía: no sabemos usarla, pero tenemos un plan

El problema fundamental es que estamos obligando a la teoría de supercuerdas a responder preguntas sobre energías cotidianas, cuando su “ámbito natural” está en la energía de Planck. Esta fabulosa energía fue liberada sólo en el propio instante de la creación, lo que quiere decir que la teoría de supercuerdas es naturalmente una teoría de la creación.

Polinización cruzada y conocimiento | CCCB LAB

Fuimos capaces de predecir que el Big Bang produjo un “eco” cósmico reverberando en el universo y que podría ser mesurable por los instrumentos adecuados. De hecho, Arno Penzias y Robert Wilson de los Bell Telephone Laboratories ganaron el premio Nobel en 1.978 por detectar este eco del Big Bang, una radiación de microondas que impregna el universo conocido. El que el eco del Big Bang debería estar circulando por el universo miles de millones de años después del suceso fue predicho por primera vez por George Gamow y sus discípulos Ralpher y Robert Herman, pero nadie les tomó en serio. La propia idea de medir el eco de la creación parecía extravagante cuando la propusieron por primera vez poco después de la segunda guerra mundial. Su lógica, sin embargo, era aplastante. Cualquier objeto, cuando se calienta, emite radiación de forma gradual. Ésta es la razón de que el hierro se ponga al rojo vivo cuando se calienta en un horno, y cuanto más se calienta, mayor es la frecuencia de radiación que emite. Una fórmula matemática exacta, la ley de Stefan-Boltzmann, relaciona la frecuencia de la luz (o el color en este caso) con la temperatura. De hecho, así es como los científicos determinan la temperatura de la superficie de una estrella lejana; examinando su color. Esta radiación se denomina radiación de cuerpo negro.

[?]

Sep

23

¿Convertir energía en materia?

Autor por Emilio Silvera ~ Archivo Clasificado en Física Cuántica ~ Comentarios Comments (2)

Todo lo que fue…, es, y… ¿Volverá a ser?

Sí todo se repite en el Universo… ¿Cuándo volverán los buenos tiempos?

Nuestros sueños irán siempre por delante de la realidad. Lo que tenemos es el Presente, y, soñamos con aquello imaginado, lo que no está a nuestro alcance, y, nos situamos en ese Futuro que nunca podremos alcanzar, estamos confinados en un eterno Presente, y, el Tiempo que s4e fue, o, el Tiempo por venir… ¡No es nuestro Tiempo! Nunca podremos estar en ninguno de ellos. Uno porque se fue para siempre y no puede volver, es el Tiempo que camina siempre hacia adelante. Aquel otro en el que sólo podemos imaginar y hace conjeturas es el que llamamos Futuro, un Tiempo en el que nunca podremos saber lo que pasará, no estamos seguros ni de lo que pueda pasar dentro de unos momentos.

La relatividad especial en el Blog de Emilio Silvera V.

La masa es energía congelada, es decir, masa y energía son dos aspectos de la misma cosa

Sobre la Relatividad Espcial

Sí, sería posible convertir energía en materia, pero hacerlo en grandes cantidades resulta poco práctico. Veamos por qué. Según la teoría de Einstein, tenemos que E = mc², donde E representa la energía, medida en ergios, m representa la masa, medida en gramos, y c es la velocidad de la luz en centímetros por segundo. La luz se propaga en el vacío a una velocidad aproximada a los 30.000 millones (3×10¹⁰) de centímetros por segundo. La cantidad c² representa el producto c×c, es decir: 3×10¹⁰ × 3×10¹⁰, ó 9×10²⁰. Por tanto, c² es igual a 900.000.000.000.000.000.000. Así pues, una masa de un gramo puedeconvertirse, en teoría, en 9×10²⁰ ergios de energía.

Convertir la energía en materia requiere el proceso contrario al de convertir la masa en energía, y, se necesitaría una inmensa cantidad de energía para conseguir algo de masa. Fijémonos en que un fotón gamma, por ejemplo, aún siendo muy energético, sólo daría lugar a un electrón y un positrón (siendo la masa de ambos ridícula).

El ergio es una unida muy pequeña de energía que equivale a: “Unidad de trabajo o energía utilizado en el sistema c.g.s y actúa definida como trabajo realizado por una fuerza de 1 dina cuando actúa a lo largo de una distancia de 1 cm: 1 ergio = 10^-7 julios”. La kilocaloría, de nombre quizá mucho más conocido, es igual a unos 42.000 millones de ergios. Un gramo de materia convertido en energía daría 2’2×10¹⁰ (22 millones) de kilocalorías. Una persona puede sobrevivir cómodamente con 2.500 kilocalorías al día, obtenidas de los alimentos ingeridos. Con la energía que representa un solo gramo de materia tendríamos reservas para unos 24.110 años, que no es poco para la vida de un hombre.

O digámoslo de otro modo: si fuese posible convertir en energía eléctrica la energía representada por un solo gramo de materia, bastaría para tener luciendo continuamente una bombilla de 100 vatios durante unos 28.200 años.

Claro que una cosa es convertir la masa en energía y otra muy distinta hacer lo contrario, pero ¿ sería posible convertir energía en materia? Bueno, ya antes hemos dado la respuesta: Sí, pero a costa de un gasto ingente de energía que haría el proceso demasiado costoso y poco rentable. Fijémonos en estos ejemplos:

La energía que representa un solo gramo de materia equivale a la que se obtendría de quemar unos 32 millones de litros de gasolina. Nada tiene de extraño, por tanto, que las bombas nucleares, donde se convierten en energías cantidades apreciables de materia, desaten tanta destrucción.

La conversión opera en ambos sentidos. La materia se puede convertir en energía y la energía en materia. Esto último puede hacerse en cualquier momento en el laboratorio, donde continuamente convierten partículas energéticas (como fotones de rayos gamma) en 1 electrón y 1 positrón sin ninguna dificultad. Con ello se invierte el proceso, convirtiéndose la energía en materia.

LHC, el gran colisionador de hadrones LHC: La maquina que explora la Terra incognita de lo infinitamente pequeño - Naukas CPAN - Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ha creado materia de la luz, saltando la conversión de materia en energía y haciendo chocar partículas con la energía pura, en forma de ondas electromagnéticas.

De momento, no hemos podido conseguir gran cosa para fines pacíficos en lo que a las reacciones nucleares se refiere. Si acaso la energía de fisión de las Centrales nucleares que, en realidad, no es muy aconsejable, y, por otro lado, con fines armamentísticos con las bombas atómicas y de otro tipo que utilizan la fusión.

Pero estamos hablando de una transformación de ínfimas cantidades de masa casi despreciable. ¿Pero podremos utilizar el mismo principio para conseguir cantidades mayores de materia a partir de energía?

Bueno, si un gramo de materia puede convertirse en una cantidad de energía igual a la que produce la combustión de 32 millones de litros de gasolina, entonces hará falta toda esa energía para fabricar un solo gramo de materia, lo que nos lleva al convencimiento de que no sería muy rentable invertir el proceso.

Fuente: Isaac Asimov

[?]

Sep

18

Conociendo la materia I

Autor por Emilio Silvera ~ Archivo Clasificado en Física ~ Comentarios Comments (2)

El experimento de Rutherford inauguró en 1909 la era moderna de la física – Promoviendo la ciencia y la tecnología desde 1984

Entre 1.906 y 1.908 (hace ahora un siglo) Rutherford realizó constantes experimentos disparando partículas alfa contra una lámina sutil de metal (como oro o platino), para analizar sus átomos. La mayor parte de los proyectiles atravesaron la barrera sin desviarse (como balas a través de las hojas de un árbol). Pero no todos. En la placa fotográfica que le sirvió de blanco tras el metal, Rutherford descubrió varios impactos dispersos e insospechados alrededor del punto central. Comprobó que algunas partículas habían rebotado. Era como si en vez de atravesar las hojas, algunos proyectiles hubiesen chocado contra algo más sólido.

Experimento de Rutherford: resultado del experimento

Rutherford supuso que aquellas “balas” habían chocado contra una especie de núcleo denso, que ocupaba sólo una parte mínima del volumen atómico y ese núcleo de intensa densidad, desviaban los proyectiles que acertaban a chocar contra él. Ello ocurría en muy raras ocasiones, lo cual demostraba que los núcleos atómicos debían ser realmente ínfimos, porque un proyectil había de encontrar por fuerza muchos millones de átomos al atravesar la lámina metálica.

Los núcleos ligeros con igual número par de protones y neutrones se ordenan como si fueran un sólido compuesto de partículas alfa - La Ciencia de la Mula Francis

El núcleo atómico que es una parte de cien mil, es una maravilla en sí mismo. En tu interior moran los nucleones (protones y neutrones, esas partículas de la familia de los hadrones de la rama bariónica), y, a su su vez, están conformadas por tripletes de Quarks dentro de los nucleomnes confinados por la fuerza nuclear fuerte que está intermediada por los emisarios de la familia de los Bosones que se llaman Gluones

Era lógico suponer, pues, que los protones constituían ese núcleo duro. Rutherford representó los protones atómicos como elementos apiñados alrededor de un minúsculo “núcleo atómico” que servía de centro (después de todo eso, hemos podido saber que el diámetro de ese núcleo equivale a algo más de una cienmilésima del volumen total del átomo.).

Conociendo la materia : Blog de Emilio Silvera V. 没有照片描述。

En 1.908 se concedió a Rutherford el premio Nóbel de Química, por su extraordinaria labor de investigación sobre la naturaleza de la materia. El fue el responsable de importantes descubrimientos que permitieron conocer la estructura de los átomos en esa primera avanzadilla.

Desde entonces se pueden descubrir con términos más concretos los átomos específicos y sus diversos comportamientos. Por ejemplo, el átomo de hidrógeno posee un solo electrón. Si se elimina, el protón restante se asocia inmediatamente a alguna molécula vecina; y cuando el núcleo desnudo de hidrógeno no encuentra por este medio un electrón que participe, actúa como un protón -es decir, una partícula subatómica-, lo cual le permite penetrar en la materia y reaccionar con otros núcleos si conserva la suficiente energía.

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Sep

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Conociendo la materia II

Autor por Emilio Silvera ~ Archivo Clasificado en Física ~ Comentarios Comments (12)

Biografia de Francis William Aston 20 de noviembre de 1945 - Fallece Francis Aston, inventor el espectrómetro de masas y descubridor de los isótopos - Rincón educativo

Conociendo la materia II : Blog de Emilio Silvera V.

Mediante un dispositivo inventado por cierto ayudante de J J.Thomson, llamado Francis William Aston, se demostró la existencia de los isótopos estables. En 1.919, Thomson, empleando la versión primitiva de aquel artilugio, demostró que el neón estaba constituido por dos variedades de átomos: una cuyo número de masa era 20, y otra, 22. El neón 20 era el isótopo común; el neón 22 lo acompañaba en la proporción de un átomo por cada diez. (Mas tarde se descubrió un tercer isótopo, el neón 21, cuyo porcentaje en el neón atmosférico era de un átomo por cada 400.)

Entonces fue posible, al fin, razonar el peso atómico fraccionario de los elementos. El peso atómico del neón (20, 183) representaba el peso conjunto de los tres isótopos, de pesos diferentes, que integraban, el elemento en su estado natural. Cada átomo individual tenía un número másico entero, pero el promedio de sus masas –el peso atómico- era un número fraccionario.

Aston procedió a mostrar que varios elementos estables comunes eran, en realidad, mezclas de isótopos. Descubrió que el cloro, con un peso atómico fraccionario de 35’453, estaba constituido por el cloro 35 y el cloro 37, en la “proporción” de cuatro a uno. En 1.922 se le otorgó el premio Nóbel de Química.

Energía nuclear :: Ingeniería Química

En el discurso pronunciado al recibir el premio, Aston predijo la posibilidad de aprovechar la energía almacenada en el núcleo atómico, vislumbrando ya las futuras y nefastas bombas y centrales nucleares. Allá por 1.935, el físico canadiense Arthur Jeffrey Dempster empleó el instrumento de Aston para avanzar sensiblemente en esa dirección. Demostró que, si bien 993 de cada 1.000 átomos de uranio grande uranio 238 (no válido para combustible nuclear), los siete restantes eran uranio 235 (buen combustible nuclear). Y, muy pronto se haría evidente el profundo significado de tal descubrimiento.

Así, después de esta siguiendo huellas falsas durante un siglo, se reivindicó definitivamente la teoría de Prout. Los elementes estaban constituidos por bloques estructurales uniformes; si no átomos de hidrógeno, sí, por lo menos, unidades con masa de hidrógeno.

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Sep

18

Un viaje hacia atrás en el tiempo

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¡La Naturaleza! Además de Bella, es…¡Asombrosa!

Ácido desoxirribonucleico - Wikipedia, la enciclopedia libre

En esencia, podemos agrupar las moléculas de la vida en cuatro grupos: azúcares (que aportan la energía), lípidos (cuya función es principalmente estructural, como la formación de membranas), proteínas (que proporcionan la maquinaria que permite el funcionamiento celular, el metabolismo) y ácidos nucleicos (que portan las sustancias esenciales).

El mundo que nos rodea

Sobre la posición de la salida del sol

La ciencia en el siglo XIX - Elías Trabulse El examen de matemáticas de Cambridge que causaba crisis nerviosas

A finales del siglo XIX, poca gente sabía con exactitud a qué se dedicaban los “físicos”. El término mismo era relativamente nuevo. En Cambridge, la física se enseñaba como parte del grado de matemáticas.

En este sistema no había espacio para la investigación: se consideraba que la física era una rama de las matemáticas y lo que se le enseñaba a los estudiantes era como resolver problemas.

En la década de 1.870, la competencia económica que mantenían Alemania, Francia, Estados Unidos, y Gran Bretaña se intensificó. Las Universidades se ampliaron y se construyó un Laboratorio de física experimental en Berlín.

Cambridge sufrió una reorganización. William Cavendish, el séptimo duque de Devonshire, un terrateniente y un industrial, cuyo antepasado Henry Cavendish había sido una temprana autoridad en teoría de la gravitación, accedió a financiar un Laboratorio si la Universidad prometía fundar una cátedra de física experimental. Cuando el laboratorio abrió, el duque recibió una carta en la que se le informaba (en un elegante latín) que el Laboratorio llevaría su nombre.

Primer profesor J. J. Thomson como director del laboratorio

Tras intentar conseguir sin éxito atraer primero a William Thomson, más tarde a lord Kelvin (quien entre otras cosas, concibió la idea del cero absoluto y contribuyó a la segunda ley de la termodinámica) y después a Hermann von Helmohltz, de Alemania (entre cuyas decenas de ideas y descubrimientos destaca una noción pionera del cuanto), finalmente se ofreció la dirección del centro a James Clerk Maxwell, un escocés graduado en Cambridge. Este fue un hecho fortuito, pero Maxwell terminaría convirtiéndose en lo que por lo general se considera el físico más destacado entre Newton y Einstein. Su principal aportación fue, por encima de todo, las ecuaciones matemáticas que permiten entender perfectamente la electricidad y el magnetismo. Estas explicaban la naturaleza de la luz, pero también condujeron al físico alemán Heinrich Hertz a identificar en 1.887, en Karlsruhe, las ondas electromagnéticas que hoy conocemos como ondas de radio.

En el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Cockcroft y Walton construyeron este acelerador de 500 kilovolts en 1932. Si lo comparamos con el LHC del CERN nos podemos dar cuenta de cómo la Ciencia ha ido avanzando en relativamente tan poco tiempo y, desde entonces hemos alcanzado un nivel que nos permite trabajar con 14 TeV, una energía de todo punto imposible e impensable en aquellos primeros tiempos.

Maxwell también creó un programa de investigación en Cavendish con el propósito de idear un estándar preciso de medición eléctrica, en particular la unidad de resistencia eléctrica, el ohmio. Esta era una cuestión de importancia internacional debido a la enorme expansión que había experimentado la telegrafía en la década de 1.850 y 1.860, y la iniciativa de Maxwell no solo puso a Gran Bretaña a la vanguardia de este campo, sino que también consolidó la reputación del Laboratorio Cavendish como un centro en el que se trataban problemas prácticos y se ideaban nuevos instrumentos.

Historia de la ciencia: el descubrimiento del electrón | Los Avances de la Química. Educación Científica (y algo de Historia …).

Tubo de vacío usado por JJ Thomson en uno de los experimentos realizados para descubrir el electrón. Expuesto en el museo del laboratorio Cavendish. A este hecho es posible atribuir parte del crucial papel que el laboratorio iba a desempeñar en la edad dorada de la Física, entre 1.897 y 1.933. Los científicos de Cavendish, se decía, tenían “sus cerebros en la punta de los dedos.”

Maxwell murió en 1.879 y le sucedió lord Rayleigh, quien continuó su labor, pero se retiró después de cinco años y, de manera inesperada, la dirección pasó a un joven de veintiocho años, Joseph John Thomson, que a pesar de su juventud ya se había labrado una reputación en Cambridge como un estupendo físico-matemático. Conocido universalmente como J.J., puede decirse que Thomson fue quien dio comienzo a la segunda revolución científica que creó el mundo que conocemos.

Experimento de Rutherford | Uruguay Educa

Ernest Rutherford

Se dedicó al estudio de las partículas radioactivas y logró clasificarlas en alfaa (α), beta (β) y gamma (γ). Halló que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos, lo que le valió ganar el Premio Nobel de Química de 1908. Se le debe un modelo atómico con el que probó la existencia de núcleol en los átomos, en el que se reúne toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo. Consiguió la primera transmutación artificial con la colaboración de su discípulo Frederick Soddy.

Entenda mais ciência - A DESCOBERTA DA ESTRUTURA DO ÁTOMO: COMO SABEMOS QUE ELE É UM GRANDE VAZIO! PRIMEIRAS CONCEPÇÕES DO ÁTOMO - A ideia do átomo foi proposta há mais de

El experimento fue un gran éxito que nos llevó a saber que en el centro del átomo había un pequeño núcleo que contenía más del 99% de la masa del átomo, y, las partículas que daban en ese núcleo, no pasaban, eran frenadas en su trayectoria.

Henry Cavendish, el potentado excéntrico que pesó el mundo | OpenMind

Henry Cavendish en su Laboratorio

La primera revolución científica comenzó con los descubrimientos de Copérnico, divulgados en 1.543, y los de Isaac Newton en 1.687 con su Gravedad y su obra de incomparable valor Principia Matemática, a todo esto siguió los nuevos hallazgos en la Física, la biología y la psicología.

Pero fue la Física la que abrió el camino. Disciplina en permanente cambio, debido principalmente a la forma de entender el átomo (esa sustancia elemental, invisible, indivisible que Demócrito expuso en la Grecia antigua).

John Dalton

En estos primeras décadas del siglo XIX, químicos como John Dalton se habían visto forzados a aceptar la teoría de los átomos como las unidades mínimas de los elementos, con miras a explicar lo que ocurría en las reacciones químicas (por ejemplo, el hecho de que dos líquidos incoloros produjeran, al mezclarse, un precipitado blanco). De forma similar, fueron estas propiedades químicas y el hecho de que variaran de forma sistemática, combinada con sus pesos atómicos, lo que sugirió al ruso Dimitri Mendeleyev la organización de la Tabla Periódica de los elementos, que concibió jugando, con “paciencia química”, con sesenta y tres cartas en su finca de Tver, a unos trescientos kilómetros de Moscú.

Pero además, la Tabla Periódica, a la que se ha llamado “el alfabeto del Universo” (el lenguaje del Universo), insinuaba que existían todavía elementos por descubrir.

Dimitri Mendeléiev en 1897

La tabla de Mendeleyev encajaba a la perfección con los hallazgos de la Física de partículas, con lo que vinculaba física y química de forma racional: era el primer paso hacia la unificación de las ciencias que caracterizaría el siglo XX.

En Cavendish, en 1.873, Maxwell refinaría la idea de átomo al introducir la idea de campo electromagnético (idea que tomó prestada de Faraday), y sostuvo que éste campo “impregnaba el vacío” y la energía eléctrica y magnética se propagaba a través de él a la velocidad de la luz. Sin embargo, Maxwell aún pensaba en el átomo como algo sólido y duro y que, básicamente, obedecían a las leyes de la mecánica.

El problema estaba en el hecho de que, los átomos, si existían, eran demasiado pequeños para ser observados con la tecnología entonces disponible.

Esa situación empezaría a cambiar con Max Planck, el físico alemán que, como parte de su investigación de doctorado, había estudiado los conductores de calor y la segunda ley termodinámica, establecida originalmente por Rudolf Clausius, un físico alemán nacido en Polonia, aunque lord Kelvin también había hecho algún aporte.

El joven Max Planck

Clausius había presentado su ley por primera vez en 1.850, y esta estipulaba algo que cualquiera podía observar, a saber, que cuando se realiza un trabajo la energía se disipaba convertida en calor y que ese calor no puede reorganizarse en una forma útil. Esta idea, que por lo demás parecería una anotación de sentido común, tenía consecuencias importantísimas.

Dado que el calor (energía) no podía recuperarse, reorganizarse y reutilizarse, el Universo estaba dirigiéndose gradualmente hacia un desorden completo:

cántaro roto…

Una casa que se desmorona nunca se reconstruye así misma, una botella rota nunca se recompone por decisión propia. La palabra que Clausius empleó para designar este fenómeno o desorden irreversible y creciente fue “entropía”: su conclusión era que, llegado el momento, el Universo moriría.

En su doctorado, Planck advirtió la relevancia de esta idea. La segunda ley de la termodinámica evidenciaba que el tiempo era en verdad una parte fundamental del Universo, de la física. Sea lo que sea, el tiempo es un componente básico del mundo que nos rodea y se relaciona con la materia de formas que todavía no entendemos.

La noción de tiempo implica que el Universo solo funciona en un sentido, hacia delante, nunca se está quieto ni funciona hacia atrás, la entropía lo impide, su discurrir no tiene marcha atrás. ¿No será nuestro discurrir lo que siempre marcha hacia delante, y, lo que tenemos por tiempo se limita a estar ahí?

En el Laboratorio Cavendish, me viene a la memoria que fue allí, donde Thomson, en 1.897, realizó el descubrimiento que vino a coronar anteriores ideas y trabajos de Benjanmin Franklin, Euge Goldstein, Wilhelm Röntgen, Henri Becquerel y otros. El descubrimiento del electrón convirtió a la física moderna en una de las aventuras intelectuales más fascinantes e importantes del mundo contemporáneo.

30 de abril de 1897 - Joseph J. Thomson descubre el electrón ...

Thomson descubrió el electrón

Los “corpúsculos”, como Thomson denominó inicialmente a estas partículas, hoy conocidas como electrones, condujo de forma directa al trascendental avance realizado una década después por Ernest Rutherford, quien concibió el átomo como una especie de “sistema solar” en miniatura, con los electrones diminutos orbitando alrededor de un núcleo masivo como hacen los planetas alrededor del Sol. Rutherford demostró experimentalmente lo que Einstein había descubierto en su cabeza y revelado en su famosa ecuación, E = mc² (1905), esto es que la materia y la energía eran esencialmente lo mismo.

Todo aquello fue un gran paso en la búsqueda del conocimiento de la materia. El genio, la intuición y la experimentación han sido esenciales en la lucha del ser humano con los secretos, bien guardados, de la N

Emilio Silvera V.

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