LA FÍSICA CUANTICA PARA GENTE BIEN

LA FÍSICA CUÁNTICA
PARA “GENTE BIEN”
¿Quiénes son “Gente bien?: Pues los que leen la obra
Mario Blacutt Mendoza
(Master of Science)
1

Los derechos de autor de las versiones impresa y digital de la presente
obra están debidamente reservados y protegidos por Ley
2

PRÓLOGO
Albert Einstein formuló con su Teoría de la Relatividad General la existencia
de las ondas gravitacionales, una especie de olas en el Universo
La comunidad científica ha tenido que esperar cien años hasta poder dar la
razón, con pruebas, a una de las mentes más privilegiadas del siglo XX.
Demostrar la existencia de estas ondas era el último reto pendiente de la
Teoría de la Relatividad General, que Einstein formuló en 1915
Las ondas gravitacionales son una especie de "olas en el océano cósmico"
Einstein estableció que los objetos que se mueven en el Universo producen
ondulaciones en el espacio-tiempo
Éstas son las ondas gravitacionales, las cuales son "una nueva ventana al
Universo"
Gracias a ellas se podrá entender los mecanismos por los que suceden algunos
de los eventos más violentos del Cosmos
Ejemplo: las colisiones entre agujeros negros o las explosiones de estrellas
Será el inicio de una nueva era en astronomía, porque el Universo es casi
transparente para ellas, lo que permitirá observar fenómenos astrofísicos
Fenómenos que de otra manera permanecerían ocultos; la formación de
agujeros negros o cómo se comporta la materia en condiciones extremas
El conocimiento del Cosmos se realiza hasta ahora, principalmente, a través
de la radiación electromagnética (luz), con ellas se puede "ver"
Con las ondas gravitacionales es como "oír” el Universo
3

En los ’70 el descubrimiento de los púlsares, estrellas de neutrones, llevó a
la primera evidencia indirecta de su existencia
Además, los efectos de las ondas gravitacionales son tan pequeños que se
necesita detectores gigantescos para intentar dar con ellas.
La literatura, el poema, la música y el arte son dimensiones realmente queribles
por el espíritu humano; verán que la Física moderna también lo es
La Física Moderna, combinación de la Teoría de la Relatividad y la Mecánica
Cuántica, nos trae mundos que no sospechábamos que existían
Los teóricos de la Física no dejan de expresar su asombro ante las respuestas
extrañas que la naturaleza ofrece a quiénes le preguntan
Al parecer, la naturaleza ha impuesto un protocolo en su relación con el ser
humano: dialogará si el ser humano se atiene a sus caprichos
El sabio que desee dialogar con madre natura lo hará en las condiciones
que madre natura impone, no hay otra manera
Esto se refleja en la insignificancia de la razón como instrumento cognitivo
del mundo, en sus diversas dimensiones
Por supuesto que la versión que ahora se pone a disposición del lector es
un conjunto de síntesis logradas de la lectura de varios físicos modernos
Entre ellos, Fritjof Capra, cuya obra nos sirve de senda y guía para levitar
en el mundo del macrocosmos y del microcosmos
El lenguaje ha sido especialmente diseñado para quienes creen que los
conceptos de la Física Moderna son complicados
No hay tal; las ecuaciones con las que los físicos representan al universo sí,
son difíciles, pero los conceptos pueden ser expresados con naturalidad
Esta obra está hecha para el disfrute intelectual y emocional de los lectores;
de paso, para enterarnos de lo que hasta ahora no sabíamos
4

Para que suene más familiar he decidido estructurarla como si fuera una
materia de alguna una Universidad, en la cual el lenguaje sería informal
El Decano de la Facultad de Ciencias Naturales (virtual) tenía sus dudas
sobre la forma en que el profesor había decidido dictar la materia
El nombre, de por sí, ya mostraba una informalidad muy difícil de aceptar
en una Casa Superior de Estudios, en la que todo es serio y racional
Luego de varias charlas con el profesor que la había propuesto, aceptó la
inclusión de la materia en la oferta académica de la Carrera
En cambio, exigió que la materia fuera dictada en el aula y, al mismo tiempo,
como un curso a distancia, en el marco de la extensión universitaria
El curso se llamaría “Física Moderna para Gente Bien” eso era lo que molestaba
al Decano; por supuesto, tenía razón para preocuparse
Esta es la historia de ese primer curso virtual
5

1
EL ASOMBRO PRIMERO
Los alumnos ya estaban en sus asientos; el profesor pidió los nombres y el
semestre en el que cada uno se encontraba; cuando conectaba el mecanismo
del data show y la computadora, un alumno, Jaime, pregunta:
-dígame profe; ¿quiénes son gente bien?
-pues todos los que toman este curso, los que participan en el curso a
distancia y, finalmente, los que leen la obra
Vanesa toma la palabra y, dirigiéndose al preguntón, le dice:
-por lo que he observado en los cursos que compartimos tú y yo, me
imagino que ésta debe ser la primera vez que te incluyen en algún círculo
de “gente bien”
-yo soy “gente bien” aquí, fuera de aquí; allá y más cerca de más allá,
esta cualidad mía quedará demostrada al finalizar el curso
-tal como lo veo, ya estás en el final cuando aún no hemos comenzado
En ese momento intervino el profesor y les dijo que guardaran las energías
para cumplir con las exigencias de la materia
Antes de ingresar al primer tema de la materia, debo decirles que utilizaremos
varias clases de pensamiento
En primer lugar, claro está, el pensamiento lógico
También nos familiarizaremos con lo que es el Pensamiento Lateral… el
que fue propuesto por Edward Bono
Tendremos después el pensamiento emocional, luego el pensamiento
complejo y, finalmente, el metafórico
Por supuesto que utilizaremos cada uno de ellos indistintamente
6

Pero cuando nos ocupemos, específicamente de conocer las características
de cada uno de ellos, lo analizaremos con mayor detalle
El Pensamiento Lateral
Toma como punto de partida, planteamientos intencionalmente erróneos
Surgen de una especie de automatismo síquico que postularon los creadores
del Surrealismo, tales como Breton y Octavio Paz en la literatura
Salvador Dalí en la pintura
Este proceso es contrario al pensamiento lógico
En el pensamiento lateral se emite propuestas que, en principio, nada tiene
en común con el problema que se estudia
El pensamiento lógico sólo busca lo que está relacionado con el problema
Claro debe quedar que el pensamiento lateral no pretende sustituir al pensamiento
lógico, ambos son necesarios en sus respectivos ámbitos
También se complementan
Empezaremos con el primer ejercicio de pensamiento lateral, que es un
proceso en busca de una solución de enigmas
Supongamos que la Policía recibe una carta anónima cuyo texto dice:
Vendrá al gigante maldito y empezará a comer; mientras más coma, más
hambre tendrá y mientras más hambre tenga, devorará más y más hasta
dejar un extenso y sombrío erial
¿Cómo podríamos interpretar la intención de la carta?
-creo que todos estamos de acuerdo de que entraña una amenaza, aunque
no se sabe de qué tipo
-un análisis del contenido nos muestra una especie de gigante que sería
el causante de una tragedia, por su insaciable apetito
7

Así es; ahora bien, nos preguntemos si el gigante que devora más y más:
¿es un ser real? ¿existe como tal?
-con toda seguridad es un ser imaginario que representa algo que es
diferente de un gigante
-podemos imaginar algo que represente al gigante y que es potencialmente
peligroso
¡Excelente! Esto marcha
-con toda claridad vemos que el gigante es una metáfora para designar
algo real, pero que nada tiene que ver con el gigante en cuestión
-así es; como sabemos, una metáfora es una figura literaria que consiste
en trasladar las características de un objeto a otro
-de esta manera, cuando decimos de alguien tiene “una voluntad de
acero”, estamos trasladando la dureza del acero con el objeto de expresar
la firme voluntad de la persona a quien nos referimos
-este último nada tiene que ver con el primero a pesar de que se le ha
asignado las cualidades de ese primero…
-por lo tanto, imaginemos algo que no es un gigante, pero que come con
el fin ulterior de comer más
-esto nos permite deducir que la cualidad de comer más y más es una
cualidad metaformoseada en alguien o algo que puede hacer daño, dado
el contexto del contenido de la carta
Ustedes ya han identificado el carácter metafórico de la carta, ahora deben
establecer imaginar qué es ese “algo”, usando el pensamiento lateral
-una avalancha de gente con hambre atrasada que invade las tiendas de
comestibles para saquearlas y no dejar nada
-una plaga de langostas que devorará todo
-manifestaciones de protesta con muchedumbres cuyo número aumenta
a medida que devoran las calles, causando destrozos
-una invasión de alienígenas que arrasan con todo
-una invasión de ratas hambrientas
-una manifestación de mujeres enojadas porque sus maridos son flojos
-una aparición espontánea de hongos radioactivos
-una inundación
8

Podría ser, pero la carta dice que “el gigante dejará un erial”
-entonces es fuego que avanza y devora más, mientras más avanza
-es la amenaza de un gran incendio
Un incendio; eso es; pero ¿cómo puede dejar un erial?
-un incendio en un gran parque en el cual el fuego reduce a cenizas todos
los árboles
-¿cuál sería el lugar más probable que escogería un terrorista para iniciar
un incendio, dado que nos encontramos en San Francisco, California?
-uno de los lugares más probables sería Muir Woods, que es el parque
más conocido del norte de San Francisco; fue declarado Monumento Nacional
en el año 1908
-si el terrorista quiere llamar la atención, sin duda escogerá ese lugar
para iniciar un gran incendio
Estimados alumnos: han resuelto el contenido
de la amenaza metafórica implícita en
la carta, para lo cual han usado el pensamiento
lógico y el pensamiento lateral
Con ambos tipos de pensamiento, llegaron a una deducción correcta sobre
la base de las alternativas propuestas
Algunas de esas alternativas fueron absurdas, propias del pensamiento
lateral, aunque no debemos olvidar que la deducción final es lógica
Si seguimos así, puede que el alcalde nos contratará como consultores de
la policía… esas clases de pensamiento son los que necesitaremos para
tratar de entender el lenguaje de la naturaleza en el macro y el microcosmos;
entremos en materia
El primer tema es enterarnos de que el átomo es anárquico, tal vez lo más
anárquico que cualquier otro
9

Observen las imágenes que el
Data Show proyecta en la pantalla:
varias pelotas de baseball
han sido lanzadas; atravesaron
las dos rendijas paraleles y luego
rebotaron en una pared azul
detrás de las rendijas; dejaron
allí las marcas de la pintura que cada bola tenía y la constancia de que, sí,
pasaron a través de las rendijas
-señor secretario general de la Gente Bien ¿Qué tiene de particular que
las pelotas de baseball traspasen 2 rendijas?
-gracias por el título; se comportan como dos partículas, de las cuales
hablaremos muy a menudo; ahora veamos lo que sucede cuando el científico
en vez de pelotas, lanza electrones en su laboratorio
-¿los lanza como las pelotas de baseball?
-no exactamente, pero el electrón se duplica por sí mismo, esto es, en
vez de uno aparecen dos
De esta manera, el electrón original, ahora dividido
en dos, pasa por las dos rendijas al mismo tiempo
Uno de los alumnos comenta:
-¡Eso es imposible!, va en contra de toda la racionalidad del hombre; es un
truco obsceno
De inmediato, otro le contesta:
-honorable gente bien; a la naturaleza le importa un cacahuete que sus actos
estén o no en consonancia con la razón del ser humano, al que conside-
10

a el virus más letal que jamás haya creado y al que muy pronto hará desaparecer
-¿de cómo saben los electrones que los están viendo?
-ése es uno de los grandes misterios de la naturaleza, ¿verdad, profe?
-sí; es uno de los misterios que la física aún no puede resolver,
aunque los experimentos al respecto progresan; pero
hay algo mucho más extraño: pues esos electrones se comportan
como ondas y como partículas al mismo tiempo
-¿qué es una onda y qué una partícula?
Partícula y Onda
Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa
Una onda se extiende en el espacio, pero no tiene masa
La partícula sería como la pelota de baseball y la onda, como una marea en
la playa, pero sin masa
Cuando los científicos “miran” el experimento, los electrones se comportan
como las bolas de baseball, es decir, se comportan como partículas
Pero cuando dejan de mirar, los electrones se comportan como ondas
-¿cómo saben los científicos que cuando no miran, los electrones dejan de
comportarse como partículas y empiezan a ser ondas?
Lo saben por las marcas que, en cada caso, dejan en la superficie detrás de
las rendijas
11

-¿por qué las bolas de baseball no se comportan como
partículas y como ondas?
-los científicos han detectado que sólo las partículas elementales,
las más pequeñas de la materia, tienen la característica
de ser partícula y onda al mismo tiempo
-¿sería el electrón la partícula elemental más pequeña?
-no; hay elementos subatómicos que son muchísimo más pequeños que
los electrones, cuyas propiedades aún no son del todo conocidas
El comportamiento de las partículas elementales y
subatómicas parece muy raro
Newton y la Física Clásica
-¿por qué Newton es tan famoso?
Porque fue el primero en establecer leyes en el universo, varias de las cuales
siguen vigentes hoy, especialmente en el mundo macroscópico
Además, hizo que el lenguaje del Universo se expresara por medio de
ecuaciones matemáticas
-¿qué clase de matemáticas?
Al mismo tiempo que Leibniz, inventó el Cálculo Diferencial que ustedes
conocen muy bien; también se usa la topología y otras más complicadas
¿Se aplica la mecánica de Newton al mundo atómico y
subatómico?
No; la Mecánica Cuántica es la que tiene por objeto el estudio
del mundo subatómico; de ese mundo hablaremos
en este curso…
12

Pero las ecuaciones del movimiento de Newton constituyen la base de la
mecánica clásica aún utilizada hoy
Las representó como leyes fijas que gobiernan el movimiento de los cuerpos
materiales y de todos los cambios observados en el mundo físico
-¿y eso no era cierto?
En parte, no; una centuria después se descubrió una nueva realidad física
Los nuevos hallazgos determinaron que ninguna de características propuestas
hasta entonces tenía validez absoluta
De esta manera prepararon el camino para las revoluciones científicas de
las que hablaremos ahora
-¿quiénes fueron los primeros en probar que las leyes de Newton no son
absolutas ni aplicables a todo lo que existe?
El primero de estos avances fue el descubrimiento los fenómenos eléctricos
y magnéticos que no podían ser descritos por la física de Newton
Fenómenos fueron descubiertos por Michael Faraday y Clerk Maxwell
Faraday produjo una corriente eléctrica en una bobina de cobre moviendo
un imán cerca de ella
-¿por qué fue muy importante?
Convirtió el trabajo mecánico de mover un imán en energía eléctrica
Con ese experimento se reemplazó el concepto de “fuerza” por el de campo
de fuerza, cuya importancia abordaremos dentro de poco
-¿y cuando aparece Einstein en este laberinto?
Albert Einstein
Su Teoría Especial fue publicada en 1905
13

P
En ella propuso dos tendencias renovadoras de pensamiento
Esas dos propuestas fueron: la teoría especial de la relatividad, y una nueva
forma de considerar la radiación electromagnética
Esa teoría se convirtió en la teoría cuántica, que es la teoría de los fenómenos
atómicos, consolidada 20 años después, por un equipo de físicos
Dijo que el espacio no está separado del tiempo; más bien que ambos forman
una continuidad inseparable
Así, el espacio-tiempo se considera ahora como cuatridimensional, es decir,
de cuatro dimensiones, no tridimensional, como se creía antes de él
Quedó establecido que la masa no es más que una forma de energía
Que la relación existente entre energía y masa viene dada por la ecuación
2
que se hizo tan famosa: E = mcP (que es la única ecuación que citaremos)
E = energía;
m = masa
c = la velocidad de la luz que es 300000 km. por segundo
Intuitivamente nos damos cuenta de que una cantidad pequeña de masa
basta para generar inmensos tornados de energía
Ese principio, aplicado a la energía nuclear, dio como resultado la primera
bomba atómica…
14

Por otra parte, intuimos también la gran cantidad de energía que debe participar
en el proceso de convertirse en masa
-¿puede la energía pura convertirse en masa?
Así es; la fórmula y los experimentos lo dicen; también lo percibiremos
mejor cuando ingresemos a las interacciones de las partículas subatómicas
-profe; ya podemos imaginarnos la cantidad de energía que “Melón
Hinchado” produciría con la gran masa que tiene
“Melón hinchado” iba a contestar, pero el profe le hizo una señal para que
se calmara y empezó una mini disertación, señalando:
Nunca olvidemos que el sentido del humor es una característica de las personas
inteligentes… ¿se imaginan ustedes a Stalin con sentido del humor?...
les citaré una anécdota de Winston Churchill, Premio Nobel de literatura,
como prueba de que los grandes hombres tienen sentido del humor
Churchill tenía un rival político, Lloyd George; en una ocasión, la Cámara de
los Comunes intentaba diseñar el texto de un proyecto de ley
La discusión se entreveró cuando debía escogerse una palabra o frase para
el cuerpo de la ley: algunos proponían el término “desgracia”
Otros decían que bastaba con el vocablo “contratiempo”
De inmediato se pusieron a discutir sobre el significado de ambas palabras;
en ese instante, Churchill pidió la palabra:
Estimados colegas, más que una definición formal del diccionario, voy a dar
un ejemplo para hacer patente la diferencia entre ambas palabras
Si Lloyd George se cayera al Támesis, ése sería un contratiempo
Si alguien lo sacara, ésa sería una desgracia
La risa fue general… pero el profe siguió:
15

Las bromas se hacen entre personas que se consideran pares; es muy difícil
que un subordinado le haga una broma a su jefe
Es más difícil aún que el jefe le juegue una broma a uno de sus empleados,
si es que no existe la confianza necesaria entre ellos
Hacer una broma es un mensaje que parte del que la hace al que la recibe,
el mensaje implícito le dice:
“te considero lo suficientemente amigo para hacerte una broma”
Así, cuando alguien es objeto de una broma es posible que en algún otro
momento, el que la recibió, sea el bromista
“Melón Hinchado” le hizo un gesto al bromista, con el que anunciaba que
le enviaría un mensaje de amistad en todo el significado de la palabra…
-Buenos días, estimados alumnos
-buenos días profe
2
La Extraña Curvatura
Previo al comienzo de la clase, me gustaría contarles una anécdota que nos
servirá para entender las dimensiones en las que nos encontraremos
En un pequeño pueblo de un país lejano, había un joven de 17 años que trabajaba
en una fábrica de ladrillos a jornada completa; pero no pasaba un día
en el que no pensara que podría llegar a “ser alguien”… la idea de “ser alguien”
se reforzaba cada vez más, al descubrir el amor que sentía por una
chica de 15 años y que sostenía a su madre enferma y a ella misma oficiando
de lavandera… a la que sin embargo, nunca se acercó… un día el tren trajo a
algunos oficiales de las fuerzas armadas de su país, para anunciar que la coalición
a la que pertenecía había declarado la guerra a otro conjunto de países…
los oficiales tenían la tarea de reclutar soldados voluntarios para ir a la
guerra; el joven se alistó de inmediato; a la hora de partir, se acercó a la jo-
16

ven lavandera y le pidió que por favor lo acompañara hasta la estación; la
joven accedió de muy buena gana, pues ella también se sentía inmensamente
atraído por el ladrillero… una vez en la estación, hizo que ella se apoyara en
la pared de la oficina del ferrocarril; allí le dijo:
Quiero que sepas que me he alistado de voluntario para que en la guerra
pueda destacarme y convertirme en alguien; si no muero en el intento y regrese
en el mismo tren que ahora me lleva, lo primero que mis ojos verán
será este lugar para constatar si estás o no; lucharé con toda mi voluntad y el
máximo heroísmo que mis fuerzas me permitan; llevaré a cabo las más peligrosas
misiones; no importa cuántas veces me hieran, mientras pueda pulsar
un fusil, seguiré en la tarea… si vuelvo de la guerra y te veo en este mismo
lugar, sabré que me habrás esperado y te pediré que nos casemos; no lo hago
ahora, lo haré cuando sea alguien… ella accedió con un movimiento de
cabeza y el joven subió al tren que ya partía…
El profe interrumpe el relato, los alumnos, ansiosos, le preguntan:
-¿cómo termina el relato profe?
Del mismo modo cómo terminan las respuestas de la naturaleza a las preguntas
sobre la Física Moderna
No sabremos la solución definitiva y tendremos que poner de nuestra parte
toda nuestra imaginación y conocimiento para encontrar respuestas
Respuestas a las preguntas que se hacen los grandes Físicos, tanto las que
se hicieron ayer, como las que se hacen ahora y harán en el futuro
-¡ése es un golpe bajo!
17

Y recibiremos muchos todavía, dado en esta clase abordaremos uno de los
asuntos más intrincados de la Física Moderna
Me refiero a la propuesta de Einstein en sentido de que el Universo es curvo;
sobre esa afirmación es que voy a plantearles la siguiente pregunta:
¿Pueden visualizar, intuitivamente, a qué se debe ese fenómeno y cómo
puede percibirse esa curvatura?
En el proceso de visualización, el que tenga una propuesta, por más absurda
que parezca, la presentará voz alta
De esta manera iremos reuniendo un buen conjunto de postulados
-para que el universo sea curvo, es preciso que sea limitado, que tenga
fronteras que le den esa forma
-si el universo es curvo, entonces cada estrella y planeta que lo componen
deben ser curvos; por lo tanto, el sol y la Tierra son curvos
-si el espacio-tiempo conforman una sola dimensión, entonces debemos
pensar que el tiempo también es curvo, algo que sería muy extraño
El profe interviene
Para una mejor percepción, tomen en cuenta la Ley de la Gravedad, que
ustedes aprendieron en la materia de Física Clásica
Los alumnos empiezan a desplegar sus ideas
-si un objeto pequeño está deambulando por el universo, forzosamente
tiene que ingresar al campo de acción de un objeto más grande
-el objeto pequeño tiene su recorrido, pero la ley de la gravedad lo
atrae hacia la masa del objeto grande, lo que obliga a que cambie su trayectoria
y “curvarse” en la dirección del campo gravitacional de la masa
grande
El Profe les dice que son unos capos y que dentro de poco seguramente estarán
ocupando su lugar en la clase…
18

Comparemos los resultados con la opinión del propio Einstein (El data
show proyecta las imágenes en la pantalla blanca)
En 1915 Einstein 16Tdeclaró16T 16Tque la gravedad hace que el espacio-tiempo sea
curvo o doblado16T 16Talrededor de una masa16T, que puede ser 16Tuna estrella
16TEinstein16T 16Texplica que la gravedad16T 16Tera algo más que16T
16Tuna fuerza16T
La gravedad es 16Tuna curvatura16T 16Ten el16T 16Tcontinuo espacio-tiempo; una estrella16T 16To
un planeta16T 16Tcausan16T 16Tuna especie de16T 16T“hondonada”16T 16Ten el espacio-16Ttiempo
Así,16T que cualquier16T 16Tobjeto que16T 16Tse acerca demasiado16T 16Tcae en esa hondonada
-¿la luz también se curva?
L16Ta luz está conformada por fotones y sabemos que los fotones no tienen
masa, son energía pura
16TEsa es la razón16T por la que la luz no se curva en el tiempo-espacio, como lo
hacen los elementos que tienen masa
La Luz
16THagamos una analogía con un automóvil que viaja de noche con las luces
prendidas, en la figura inferior izquierda; la luz de
los faroles siempre apunta en línea recta, pero en el
momento en que el automóvil encuentra una curva,
el automóvil gira en el sentido de la curva; la luz sigue
alumbrando en línea recta, pero se ha desviado
19

junto con el automóvil, debido a que encontró una curva en el camino, tal
como la encuentra en la curvatura en el universo, sólo que sin automóvil
Veamos ahora la figura de la derecha; en su parte
superior, aparecen dos puntos blancos, que
dan la impresión de representar dos estrellas
En primera instancia ubicamos la estrella como si
estuviera en el punto blanco de la izquierda; pero
la estrella está realmente en el punto blanco
de la derecha, eso se debe a que la luz de la estrella
se hunde en la curva causada por el sol, de
allí sale ante nosotros y es así cómo creemos que
la vemos en línea recta; además, como dijimos, su luz tarda en llegar a nosotros.
La Forma Convencional del Átomo
-profe, ¿quién fue el que representó la estructura del átomo?
Ernest Ruthford es el que nos legó la estructura de un átomo
como un pequeño sistema planetario;
descubrió que en lugar de ser las partículas duras y sólidas
que se había creído desde la antigüedad, los átomos
están compuestos de vastas regiones de espacio en el cual
los electrones se mueven alrededor del núcleo, encadenados
a él por medio de fuerzas eléctricas; las interacciones
entre los átomos dan lugar a las combinaciones, por ejemplo, en la figura
de la derecha, la interacción de dos átomos de hidrógeno y uno de
oxígeno, conforman una molécula de agua; lo dijimos ya, las unidades
subatómicas, aparecen a veces como partículas y otras veces como ondas,
en una naturaleza dual… estos descubrimientos llevaron a la formulación
de la teoría cuántica…
En la figura siguiente vemos un punto y una onda que se expande
Por el momento, nos quedemos con la imagen de que el punto a la izquierda
muestra una unidad subatómica como corpúsculo
20

A la derecha, lo muestran como onda, ambas formas ocurren al mismo
tiempo, traten de concebir como es esa dualidad partícula-onda
Los Cuantos
En 1900 Max Planck declaró que la energía es generada y absorbida
de manera discontinua… todo ocurre como si, después
de haber emitido un haz de ondas, el átomo se detuviera antes
de enviar otro; cada intercambio energético posee una estructura
discontinua, variando a saltos, escalonadamente
-¿eso es importante?
La idea de Planck habría quedado como hipótesis si Einstein no la hubiera
usado mostrar que la luz se comportaba como conjuntos de partículas
Al mismo tiempo como ondas; fue él quien denominó “cuantos” a estas
pulsaciones discretas, como un aspecto fundamental de la naturaleza
Toda la materia subatómica participa de ambos estados, simultáneamente
Los "cuantos" de luz, que dieron su nombre a la teoría cuántica, han sido
aceptados desde entonces como auténticas partículas
Hoy se los conocer como “fotones”, partículas sin masa, sólo energía
Además, se descubrió que el número de electrones en los átomos de un
elemento, determina las propiedades químicas del mismo
-¿quiere decir que de ahí surge la tabla periódica de los elementos?
Sí; la Tabla Periódica de los elementos toma como punto de referencia al
hidrógeno porque es el átomo más ligero
21

Está compuesto por un protón, un neutrón y un electrón; la Tabla Periódica
registra cada elemento en una escala ascendente
A medida que los protones, neutrones y electrones
se van alejando más y más con relación
al hidrógeno
La teoría cuántica ha revelado que a medida que penetramos en la materia,
la naturaleza no nos muestra ningún "ladrillo básico" aislado, sino que aparece
como una complicada telaraña de relaciones existentes entre las diversas
partes del conjunto
Por otra parte, las observaciones han puesto en evidencia que las partículas
subatómicas no tienen ningún significado como entidades aisladas
Sólo pueden entenderse como interconexiones
-entonces no se pude saber que hacen las partículas subatómicas en su
tarea de estructurar el átomo
Los sucesos atómicos muestran "tendencias a ocurrir algo"
Estas tendencias se expresan como probabilidades y están relacionadas
con ecuaciones matemáticas
Nunca se puede predecir un suceso atómico con certeza;
sólo que es probable que ocurra
Por ejemplo, en el modelo real de la siguiente figura,
los electrones no se encuentran allí donde creemos
que los vemos
Pero los físicos teóricos pueden establecer una probabilidad de que estén
ahí, de acuerdo con las ecuaciones matemáticas
22

Ya lo dijo Galileo: sólo las matemáticas
conocen y describen el Universo
Estas relaciones, dicen los sabios,
siempre incluyen al observador
Las propiedades del mundo atómico pueden ser comprendidas sólo en
términos de la interacción entre el objeto observado y el observador
-¿querría decir que la participación del observador modifica el comportamiento
de las partículas atómicas, cuando las “ubica” en un experimento?
Exactamente; acudiremos a un trío de versos para mostrar esa relación:
Antonio Machado, uno de los grandes poetas españoles dice:
El ojo que ves no es ojo
porque lo veas
es ojo porque te ve
Por mi parte, y con el permiso previo de la memoria de Machado, para el
asunto que nos ocupa ahora cambio algo de los versos originales:
El ojo que ves, no es ojo
porque lo veas
Es ojo porque lo ves y porque te ve
Con esta pequeña modificación de los versos de Machado, tengo la intención
de establecer la relación entre el objeto observado y el observador
La separación cartesiana entre “yo y el mundo”, entre el observador y lo
observado, no se realiza cuando se trata con la materia atómica.
El Átomo
El diámetro de un átomo es la cienmillonésima parte de un centímetro
23

Con el fin de visualizar ese tamaño, imaginemos una naranja que crece
hasta alcanzar el tamaño de la Tierra
Los átomos tendrían entonces el tamaño de las cerezas
Para que el núcleo pueda ser visto, el átomo, que ya
tiene el tamaño de una cereza, tendría que crecer
aún más, hasta el tamaño de la cúpula de la catedral
de San Pedro
El núcleo vendría a ser como un grano de sal, y los
electrones, motas de polvo, girando a su alrededor,
dentro del mismo espacio de la cúpula
Ruthford dijo que había un gran vacío en el átomo por las enormes distancias
relativas entre el núcleo y el electrón
Otro gran físico, Max von Laue preguntó:
Pero si todos los objetos que nos rodean, y nosotros mismos, estamos en
nuestra mayor parte formados por espacio vacío ¿Qué es lo que da a la
materia su solidez?
El electrón
El electrón fue descubierto en el año 1897
Joseph John Thomson determina que los rayos catódicos, observados en
tubos vacíos bajo alto voltaje, son “cuerpos negativamente cargados”
Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de
vacío, hechos de cristal, como en los aparatos antiguos de TV
Se equipan por lo menos con dos electrodos, un electrodo positivo, llamado
ánodo y un electrodo negativo llamado cátodo
Ahora se sabe que los rayos catódicos están formados por los portadores
reales de la electricidad, a los que ahora conocemos como electrones
24

Ernest Rutherford
Max von Laue
Joseph John Thomson
El Electrodo
Un electrodo en una celda electroquímica que implica la existencia de
ánodos y cátodos; cada uno con características interactuantes
Cada electrodo puede convertirse en ánodo o cátodo dependiendo del
voltaje que se aplique a la celda
Los Cuantos
Dijimos que Max Planck, en 1900, propone el quantum de energía
Para explicar el calor de la materia incandescente, asumió que la emisión y
absorción de radiación ocurre en cantidades discretas de energía
En ese momento se inicia de la teoría cuántica de la materia y la luz, que,
junto a la Teoría de la Relatividad, será el objeto de nuestros estudios
En el tiempo que aún nos queda en la presente clase, me gustaría establecer
algunas percepciones
Sabido es que el cerebro tiene dos hemisferios y que el izquierdo preferentemente
controla la comprensión y expresión desde la lógica
Las matemáticas, la lógica, las ciencias naturales, entre ellas la materia que
desarrollamos en este curso, requieren del hemisferio izquierdo
Participan de una manera expresiva en la que lo importante es el significado
de cada palabra, no la estética, lo que nos parece muy adecuado
25

Sin embargo, de vez en cuando dejemos que el hemisferio derecho despliegue
sus propiedades y nos solacemos con la belleza de la palaba
El hemisferio derecho es el que controla la creatividad, el gusto por las
artes, por el poema, la música…
Es cuando acudimos al pensamiento metafórico
Cuando leemos algo cuyo contenido es adecuado bajo una forma expresiva
con estética, nos damos cuenta de que la palabra es bella, no sólo útil
Al respecto, voy a contarles otra pequeña anécdota
Un grupo de amigos, reunidos en una cafetería, comentaban sobre el progresivo
deterioro de nuestro idioma a través del siguiente diálogo
-la mayor parte de la gente ha perdido el placer de hablar; lo único que
desea es usar la palabra como un simple medio de información sobre algo
-el arte de conversar ha sido diluido en el acto de comunicar sensaciones,
en intercambios insípidos de palabras desmanteladas y solitarias de
calor humano
-más nos valdría tener una pinza en los labios que advocar el privilegio
de expresarnos en palabras que estructuren un pensamiento ordenado
-lejos quedan los tiempos en que Esopo explicaba que la lengua era lo
mejor y lo peor que tenía el ser humano
-cuando su patrón le mandó al mercado para que comprara “lo mejor
que había allí” Esopo trajo grandes cantidades de lengua
-el primer plato fue cocinado usando como ingrediente principal, la lengua;
lo mismo sucedió con el segundo, el tercero… de los platos
-el patrón de Esopo no pudo aguantar más y lo increpó duramente delante
de los invitados que miraban extrañados la escena; Esopo responde:
¿No me pediste que trajera del mercado lo mejor que pudiera encontrar?
Pues tus deseos han sido cumplidos; ¿acaso no usamos la lengua para dar
buenas noticias a nuestros conocidos? ¿No la utilizamos para ofrecerles
26

prueba de lealtad y de cariño? ¿No damos consuelo a los desconsolados;
esperanza a quienes la han perdido y muestras de bondad que pone de luto
al mismo diablo? La lengua es el símbolo de lo mejor que existe en el
mercado
-todos los comensales estuvieron de acuerdo con las reflexiones de
Esopo; pero el patrón tuvo una idea, le pidió que para el día siguiente prepara
los platos con lo peor que encontrara en el mercado
-al día siguiente el menú fue el mismo que el anterior; el patrón de Esopo
perdió la compostura y lo amonestó con palabras muy duras
-Esopo respondió de inmediato:
Me pediste que cocinara con lo peor que pudiera encontrar en el mercado
y así lo hice; ¿no es acaso con la lengua que mentimos y deformamos la
verdad? ¿No es el arma terrible que usamos para urdir la calumnia? ¿No la
usamos para pincelar la ofensa más grave contra alguna víctima?... la lengua,
señor, es lo mejor y lo peor que podemos encontrar en el mercado
Fue entonces que los amigos decidieron crear una institución que reivindicara
el poder y la belleza de la expresión verbal: el Club de la Palabra.
A partir de entonces, cada miembro del club tuvo algo que decir
¿Les parece bien que en cada clase traiga también un retazo de la palabra
que nos brinda placer estético y no sólo información?
-sí, pero también los enigmas del pensamiento lateral
-es una gran cosa que el pensamiento lateral les haya caído bien, pues
nos ayudará a comprender mejor las respuestas, a veces absurdas, que
tiene la naturaleza cuando los físicos les hacen preguntas
En la clase siguiente, el profesor empezó con algunos ejemplos de pensamiento
lateral, aclarando que los copió de Internet
El caso del Edificio de veinte pisos
Un niño cae de un edificio de 20 pisos, que está rodeado de un frondoso
jardín, pero no sufre daños considerables, ¿por qué?
27

-cae en una piscina
-cae encima de una pila de colchones de espuma
-tiene un paracaídas
-sabe planear
-un remolino de aire suaviza significativamente el impacto
-un vaquero de Texas, que se encuentra en un helicóptero que pasa por
el lugar, lo enlaza y lo deposita suavemente sobre el suelo
-Superman lo detiene como a Louise en la película
-un hombre, con un gran poder mental, hace uso de sus poderes y logra
que la caída sea en cámara lenta
-una avispa gigante lo recibe en su espalda y la deposita después sobre
el suelo
Tal vez estemos percibiendo el hecho desde un solo ángulo; es posible
que encontremos otro ángulo perceptivo
-por ejemplo, que el edificio sea de juguete
-que sea una maqueta a escala
-también podemos estar asumiendo, falsamente, que el niño cayó del piso
20, pues el planteamiento sólo dice que el niño cayó de un edificio de 20
pisos, pero que no lo hizo necesariamente del piso número 20
-si los daños que sufrió son leves, es posible afirmar que cayó del primer
piso del edificio, encima de una parcela de césped húmedo
Muy bien estimados alumnos; han hecho uso del pensamiento lateral para
llegar a la conclusión lógica del resultado; creo que dentro de poco yo me
sentaré a escuchar la clase impartida por cualquiera de ustedes
-¡vamos profe! no se burle de nosotros; además hay otras alternativas a
tomar en cuenta; por ejemplo, si “Melón Hinchado”, hubiera caído del piso
20, habría rebotado varias veces sin consecuencias graves
La mirada de Melón Hinchado puso fin a todo intento de continuar con el
ejemplo
28

3
CONCEPTOS BÁSICOS
En esta clase resumiremos algunos conceptos que serán explicados en
mayor detalle en los capítulos correspondientes
Pregunten sobre temas que tengan que ver con la física
¿Qué es la gravitación universal?
La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan
los cuerpos en el macrocosmos, por el hecho de tener
volúmenes enormes de masa
Esta fuerza fue identificada por Isaac Newton en el siglo XVII, a la par que
desarrolló las matemáticas para mostrar la vigencia de la Ley
Newton resolvió aspectos relativos a la luz y a la óptica; formuló las leyes
del movimiento y dedujo, de ellas, la ley de la gravitación universal
La Ley establece que la fuerza de atracción que experimentan dos cuerpos
depende de dos condiciones:
Primera: la magnitud de sus masas; mientras mayor el volumen de un cuerpo,
mayor será la fuerza con que atraerá a otros cuerpos de menor masa
Segunda: la fuerza gravitacional se reduce cuando la distancia entre ambos
objetos estelares aumenta
¿Qué es velocidad y qué es aceleración?
29

Cuando dejamos caer un objeto en nuestro planeta, la velocidad con la que
cae aumenta a medida que la altura es mayor
Velocidad; mide el tiempo en que un cuerpo cambia su posición
Aceleración: mide cómo varía la velocidad
Las fuerzas gravitacionales
Cuando un objeto estelar está en órbita con otro mayor, hay dos fuerzas
que actúan al mismo tiempo sobre ese objeto
Se denomina fuerza centrípeta la que emerge del objeto de mayor masa
con relación al otro más ligero, para atraerlo
Por su lado, el objeto en órbita tiende a liberarse de la fuerza centrípeta
mediante la fuerza centrífuga
Cuando esas dos fuerzas se equilibran, el objeto de menor masa rota en
una órbita alrededor del objeto de mayor masa
¿Cuál es el concepto básico de Ley de la Relatividad?
El ejemplo más común para percibir el fundamento principal que sustenta
la Ley de la Relatividad es el siguiente
Un hombre está encima de un vagón de un tren, el que rueda a 50 k/hora;
supongamos también que lanza un objeto que va a 20 k/hora
Si el objeto ha sido arrojado a la misma dirección del tren, es decir, hacia
adelante, habrá dos percepciones diferentes
Para la persona que arrojó el objeto desde el tren en movimiento, el objeto
habrá sido impulsado con una velocidad de 20 k/hora
30

Para la persona que vio el fenómeno desde la estación, la velocidad del
tren se suma a la velocidad del objeto arrojado
De esta manera, para el observador, el objeto se moverá a 70 k/hora
Einstein afirmó que no se puede hablar de la velocidad del objeto aislado;
lo que cuenta es su velocidad con respecto a un observador particular
Cualquier teoría del movimiento que tome en cuenta al observador estará
dentro del concepto de relatividad
Pero, Albert Einstein demostró que, si la velocidad de todos los cuerpos es
relativa, la velocidad de la luz es absoluta; nunca cambia
¿Cuáles son las Fuerzas Fundamentales del Universo?
Son aquellas cuya explicación no se basa en la existencia de
otras fuerzas básicas
En apariencia, son fuerzas independientes
Cuatro son las fuerzas fundamentales del universo: la fuerza
de la gravedad, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil
La fuerza gravitatoria
Es la fuerza de atracción que un objeto de masa mayor ejerce sobre otro,
de masa menor y afecta a todos los cuerpos
La fuerza electromagnética
Es la que irradian los cuerpos cargados con electricidad y magnetismo;
tiene dos sentidos, positivo y negativo; su rango de alcance es muy amplio
La fuerza nuclear fuerte
Es la que mantiene unidos las partículas de los núcleos atómicos; actúa indistintamente
entre dos nucleones: protones o neutrones
Su rango se limita a las dimensiones nucleares, pero es más intensa que la
fuerza electromagnética
31

La fuerza o interacción nuclear débil
Es la responsable de fenómenos naturales como la desintegración radiactiva
y de la radioactividad
Los científicos intentan demostrar que estas fuerzas, aparentemente diferentes,
son manifestaciones de un modo único de interacción
¿Cuál es la paradoja de Schrödinger?
La propuso Erwin Schrödinger en 1935; es un experimento
virtual que muestra lo desconcertante que es el mundo de
las partículas
Visualicemos un gato dentro de una caja negra
En su interior se instala un mecanismo que une un detector de electrones a
un martillo; debajo del martillo hay un frasco con una dosis letal de veneno
Cuando el electrón es lanzado pueden suceder dos cosas
Primero, que el detector capte el electrón y active el mecanismo
En ese caso, el martillo cae, rompe el frasco y el veneno se expande por el
interior de la caja; el gato lo inhala y muere
Al abrir la caja, se encontrará al gato muerto
¡Pobre gatito!
Pero el electrón puede tomar otro camino y el detector
no captarlo, con lo que el mecanismo no se
activará, el frasco no se romperá y el gato vivirá
Esta paradoja se debe a una característica del electrón que vimos en el
primer capítulo: el electrón es al mismo tiempo onda y partícula
Cuando se lo lanza, es una partícula y una onda al mismo tiempo
32

La paradoja estriba en que el electrón será detectado y el gato morirá; al
mismo tiempo, el electrón no será detectado y el gato seguirá vivo
A escala atómica, ambas probabilidades se cumplen de forma simultánea
En el mundo cuántico, el gato acaba vivo y muerto a la vez; ambos estados
son igual de reales; pero, al abrir la caja, lo vemos vivo o muerto
Hay un 50% de probabilidades de que suceda una cosa o la otra; sin embargo,
la cuántica desafía el sentido común de cualquier persona
-si las probabilidades de que ocurran los dos fenómenos al mismo tiempo,
¿por qué sólo vemos únicamente una?
La explicación es que el experimento aplica las leyes cuánticas, pero el
gato no es parte de un sistema cuántico
Recordemos que la cuántica nos instruye sobre el hecho de que el observador
contamina el experimento y define una realidad diferente
¿Por qué vemos el cielo azul?
Por los efectos conocidos como de Rayleigh Mie; vemos el cielo
azul, algunos atardeceres rojos y también días grises
Rayleigh y Mie se ocuparon de la dispersión de la luz
La luz solar es una radiación electromagnética compuesta por distintas
longitudes de onda, como veremos después
Nuestro ojo capta sólo la parte de luz que corresponde a determinadas frecuencias
de longitud de onda
La luz blanca es la suma de todas las longitudes de onda que percibimos.
Cada color es una longitud de onda; siguen el orden del arco iris: el color
rojo tiene la longitud de onda más larga, y el violeta la más corta
33

L
A
En el ejemplo anterior, vemos una onda; L es la distancia entre las cimas
de la onda y se le da el nombre de la longitud de onda
La letra A es la distancia vertical y representa la frecuencia
En un capítulo siguiente nos referiremos a este aspecto con mayor detalle
Por otro lado, la dispersión de la luz es su descomposición en colores
Las longitudes de onda toman ángulos distintos y los colores se separan
Cuando la luz solar entra en contacto con la atmósfera, se dispersa
Nuestra atmósfera está formada por partículas pequeñas, y el grado de
humedad favorece la mayor difusión de unos colores frente a otros
Efecto Rayleigh
La luz es una forma de radiación, es decir, de energía; al chocar con las
partículas pequeñas de la atmósfera produce el efecto Rayleigh
Parte de la energía de la colisión se transfiere a estas partículas, que vibran
y difunden la luz en todas direcciones; por eso la luz llena el cielo
Fuera de la atmósfera el cielo es oscuro, aunque llegue la luz del Sol y las
ondas cortas son las que tienen mayor difusión
Es decir, las violetas y azules
Como la luz blanca contiene mayor cantidad de luz azul que violeta, predomina
el azul; además, nuestro ojo es más receptivo al azul
34

Vemos el Sol amarillo porque ya hemos restado el color azul a la blanca
Y, cuando el sol está alto, el amarillo prevalece sobre el rojo porque su
longitud de onda es más corta
Dispersión de Mie
Al atardecer el Sol está bajo; las ondas recorren un camino más largo a través
de la atmósfera
Así, los colores de longitud de onda corta se pierden y las de onda larga se
hacen más visibles; por eso se difunden los colores rojizos
Cuando la atmósfera está muy cargada y las nubes son espesas, el efecto
Mie se acentúa y favorece los colores grises
Es por eso que el efecto Mie domina la atmósfera de Marte
El cielo de Marte no es azul sino de un plomizo rojo y amarillo
¿Qué es lo que Newton hizo con un prisma y un agujero en
una puerta?
Antes que Newton, Descartes ya intentó descomponer la
luz, pero sólo logró obtener los colores rojo y azul
Newton empleó un par de prismas de vidrio para descomponer la luz, como
una réplica del arco iris cuando llueve
Los prismas reemplazan a las gotas de lluvia
El experimente se realizó en cuarto totalmente oscuro; sólo a través de un
agujero en la ventana entraba un rayo de luz solar
Colocó el prisma de vidrio delante del rayo de luz, de modo que lo atravesara
y reflejara la luz en la pared opuesta, a 7 metros de distancia
En la pared aparecieron los colores del arco iris; el fenómeno podría deberse
a una de dos posibilidades
35

O bien el prisma daba color a la luz, o la
luz era la mezcla de todos los colores y el
prisma se limitaba a descomponerla
Para comprobarlo, utilizó el segundo
prisma y confirmó lo que había encontrado
con el primero
Comprobó que los colores del arco iris eran colores puros, mientras que la
luz blanca resultaba como síntesis de todos ellos
El prisma no añadía ninguna cualidad a la luz, sino que la descomponía
Al proyectar los colores y juntarlos de nuevo, la luz volvía a ser blanca
Newton logró descomponer la luz solar, pero siguió sin saber porqué
Explicación y Pronóstico
Los expertos en metodología de la ciencia discrepan, entre otras cosas,
sobre la necesidad de que una ley explique y pronostique un fenómeno
Sin embargo, hay leyes muy importantes que no cumplen con ambos requisitos
simultáneamente y, no por ello, dejan de tener vigencia
Tomemos la Ley de la Selección Natural de Darwin; la teoría explica perfectamente
cómo “los mejores sobreviven” y los demás desaparecen
Sin embargo, no puede pronosticar sobre lo que sucederá en el futuro:
¿aparecerá otra especie? Si apareciera ¿cuáles serían sus características?
Este es un caso de una ley que puede explicar, pero no pronosticar
Ahora tomemos el caso inverso
La Ley de la Gravitación de Newton no puede explicar por qué los cuerpos
se atraen unos a los otros, pero puede pronosticar
36

En efecto, puede decirnos que dos cuerpos se atraerán y estarán en equilibrio,
dependiendo de sus masas y la distancia que los separa
Los colores
Volviendo al porqué de la descomposición de la luz, recordemos que en
las épocas de Newton aún no se conocía la naturaleza ondulatoria de la luz
Al presente sí se la conoce: los colores son ondas, y cada uno tiene una
longitud de onda propia y diferente
En la parte izquierda del siguiente diagrama tenemos una onda que corresponde
al color violeta; en la derecha, a una que estructura el color rojo
Las longitudes de onda (las distancias entre cimas) son más largas cuanto
más se acercan al rojo, y más cortas cuando se tiende hacia el violeta
Pero, la frecuencia de la luz violeta es mayor que la luz roja; esto es, la luz
violeta tiene longitudes menores y frecuencias mayores
En el experimento de Newton, cuando la luz blanca entra en el prisma, cada
color toma un camino distinto y lo atraviesa a distinta velocidad
Salen reflejados con distinto ángulo; es el mismo proceso que forma el arco
iris; las gotas de agua actúan como el prisma
La luz solar se refleja en la cara interna de las gotas de lluvia y se descompone
en colores; aquí terminamos la clase
En la siguiente clase, lo primero que los alumnos preguntaron, fue:
-profe, ¿hay algún otro acertijo que exija el pensamiento lateral?
-sí; aquí viene
37

Deja una sola huella desde el comienzo hasta la llegada
-el suspiro de una ballena
-una guerra de meteoritos
-la mordida de un cocodrilo
-las aguas del pantano
-tiene que ser algo continuo a través de una trayectoria
-se supone que deja una huella desde el comienzo hasta la llegada
-puede ser un río
-pero vemos sólo el río, nunca la huella que deja
-la luz del sol
-un automóvil
-pero deja cuatro huellas
-¡una rueda! deja la misma huella desde que parte hasta que llega
Lo hicieron otra vez
-profe, falta el ejemplo de la palabra
Las diferentes formas del español que hablamos en Latinoamérica derivan
del castellano; hay un haz de lenguas que rumorean en sonidos parecidos:
Español, francés, italiano, portugués y rumano; todas, conocidas como lenguas
latinas, porque tienen el mismo origen
El origen de nuestra lengua no es de gran alcurnia, es cierto, pero sí de siglos
engarzados en la chispa feliz de los sones que forjan la palabra
Nuestra lengua es un flujo de cadencias y de ritmos, ya de cristal, ya de cuarzo,
con el que el alma entona las vivencias del día a día
Los sonidos de nuestra lengua no nacieron con voluntad propia, pues el latín
vulgar les adosó los eslabones acústicos primeros
Pero supo convertirse en el núcleo vibrante, alrededor del cual empezaron a
girar las ondas resonantes de otras lenguas
38

La energía germana nos dejó los ruidos de sables y de lanzas; de yelmos y de
escudos; de tambores que pulsan los aires con mensajes bravíos
Los árabes, señores del conocimiento de la época, pincelan la “j” en nuestras
expresiones de calibre único en las lenguas romances o latinas
El español es la única lengua romance que conserva la “j” tal como la dejaron
los árabes, a diferencia de las demás que gustan la inflexión más tierna
Nuestra “j” es fuerte, viril y áspera; es el jade junto al junco; la jabalina que
persigue al jabalí; la jácara que diseña la jaca; es el jergón y el jacarandá
Las otras lenguas imitan la “j” francesa, dulce, cadencia de cadencias
El español de Latinoamérica, al igual que el castellano, tiene la virtud de hacer
de la palabra verbal el clon magnífico del vocablo escrito
Cada una de las vocales a, e, i, o, u siempre mantienen su espectro audible;
no hay combinaciones extrañas que cambien su refracción de armonía
Inclusive, cuando el contexto lo requiere, aprovechamos sus giros espontáneos;
v.g, en vez de diccionario: paralelepípedo lexicográfico del idioma
Podemos ampliar la escala de nuestra lengua, de acuerdo con el entorno,
pero no tenemos el derecho de caricaturizarlo como hacemos ahora
No claudiquemos en la tarea de leer las obras de quienes han cincelado el
Idioma, pero no lo hagamos con el objeto de imitar el lenguaje
Más bien con la intención de saborear cada palabra en el momento en que la
pronuncien, con el talento de un catador eximio de ritmos verbales
Así, nos convirtamos en personas que conocen el delicado o el recio sabor de
cada vocablo en el contexto que el vocablo mismo conforma.
39

4
OTROS CONCEPTOS
En 1689, Newton quiso demostrar que el espacio “era algo” a lo que denominó
"espacio absoluto"; lo explicaremos con un ejemplo de Internet
Llenó un cubo de agua, lo ató a una cuerda y lo colgó de una barra fija; retorció
la cuerda al máximo, y la soltó
El cubo comenzó a girar, cada vez más rápido.
Durante unos momentos (1) el agua sigue en reposo; gira con el cubo, pero
no con respecto al cubo
No tiene movimiento independiente y su superficie permanece plana.
Luego el movimiento del cubo se transfiere al agua (2) que comienza a girar,
forma un remolino y su superficie se vuelve cóncava. ¿Por qué?
Porque la fuerza del giro empuja el agua contra las paredes del cubo, como
cuando la montaña rusa toma una curva y sentimos el empuje hacia fuera
Luego el cubo frena (3), pero el agua sigue cóncava y girando por unos
instantes más; cuando el agua frena (4) su superficie vuelve a ser plana.
El razonamiento de Newton fue el siguiente:
El movimiento sólo existe con respecto a algo
40

El agua no se mueve con respecto al cubo, dice Newton; sus tiempos no
coinciden: cuando el cubo ya se mueve, el agua aún no
Cando el cubo ya se ha parado, el agua sigue moviéndose
Sabemos que se mueve porque su superficie cambia de forma, siente la
fuerza del movimiento; entonces, ¿con respecto a qué se mueve?
Para Newton, el agua se mueve con respecto al espacio absoluto
Si el espacio no fuera nada, no habría referencia para el movimiento y, por
tanto, no habría movimiento
El espacio absoluto sería la referencia absoluta del movimiento; la prueba
de que es "algo" en reposo absoluto.
Todas las leyes del movimiento y la gravitación de Newton se basan en su
idea de espacio absoluto
Otros como Huygens, Leibniz, Mach y Einstein lo niegan
Leibniz compara al espacio con el abecedario
El abecedario sería el espacio y las letras la materia; sin letras, el abecedario
no es nada, no existe
El movimiento sería relativo y sólo existe en relación a la materia; si no hubiera
materia en el espacio, tampoco existiría el movimiento
¿Qué dice Einstein sobre el movimiento absoluto,
profe?
Einstein negó el movimiento y reposo absolutos; todo es relativo; unificó
espacio y tiempo, el espacio ya no sería algo independiente ni inmóvil
La velocidad de la luz es una constante en la Naturaleza, y también un límite
hasta ahora infranqueable.
41

Estas casualidades confirmaron a Einstein en su creencia de que todo en la
Naturaleza está relacionado, y que existe una teoría del todo
Tema que también abordaremos en otro capítulo
¿Y qué es una Estrella?
Una estrella es un enorme objeto de gas muy caliente y brillante; produce
su luz y energía mediante un proceso llamado fusión nuclear
La fusión sucede cuando los elementos más ligeros, por la interacción, se
transforman e elementos más pesados; lo veremos en otro capítulo
Cuando esto sucede, se crea una inmensa cantidad de energía, lo que causa,
a su vez, que la estrella se caliente y brille
A las estrellas se les encuentra en una variedad de tamaños y colores
Nuestro Sol es una estrella amarillenta de tamaño promedio
Las estrellas que son más pequeñas que nuestro Sol son rojizas y las que
son más grandes que éste, son azules
En uno de los últimos capítulos hablaremos de la fusión y de la fisión
¿Qué es un planeta?
Todo cuerpo celeste que gira alrededor de una estrella, no tiene
luz propia y refleja la que recibe de la estrella
La Tierra es un planeta, lo mismo ocurre con los otros planetas restantes de
nuestro Sistema Solar
Todos giran alrededor de una estrella en común, el sol, sin que se produzcan
choques o invasiones orbitales
42

¿Cuántos planetas tiene e 29TSistema Solar?
Hasta no hace mucho, el número de los planetas era nueve
Pero el 24 de agosto de 2006, la 8TUnión Astronómica Internacional8T
decidiera clasificar a 29TPlutón29T como un 8Tplutoide
Lo excluyó de la lista de 29Tplanetas del Sistema Solar; así el Sistema solar tiene
8 planetas
Satélite
Un cuerpo que gira en torno a un planeta
Quásar
Es una fuente astronómica de energía electromagnética que incluye luz
visible y puede liberar mucha energía
Los físicos dicen que la energía que liberan sería más o menos igual a la de
cientos de galaxias medianas
La luz producida sería equivalente a la de un billón de soles
Los quásares pueden ser vistos sólo por telescopios muy potentes, inclusive
a una distancia de 2.440 millones de años luz
Es uno de los objetos más lejanos que se pueden observar directamente
Una Supernova es la muerte o 29Texplosión de una estrella29T cuya
masa es, por lo menos, ocho veces mayor a la del Sol
El proceso empieza cuando una de esas estrellas agota su combustible nuclear,
por lo que carece de energía para soportar su masa
Sus núcleos explotan hacia adentro y forman una 29Testrella de neutrones29T
Si la masa es suficiente, podría convertirse en un 29Tagujero negro
43

La explosión de una supernova es un fenómeno raro; se estima que que
cada galaxia produce, en promedio, una supernova cada seis siglos
¿Estrellas enanas?
49THay dos clases de estrellas enanas
49TLa enana blanca es lo que resta de lo que alguna vez fue una estrella
de masa menor a nueve masas solares
Emerge cuando la estrella de masa menor a 9 masas solares agota su combustible
nuclear; y49Ta no produce energía y se apaga poco a poco
49TLa enana roja es una estrella de masa menor, sus procesos de generación
de energía son muy lentos, lo que también hace que produzcan poca luz
49TA diferencia de la enana blanca, la enana roja aún genera energía
Las enanas blancas son, junto a las enanas rojas, las estrellas más abundantes
en el universo
¿Qué son los Pulsares?
Un púlsar es una estrella de neutrones que emite radiación periódica
Los pulsares poseen un intenso campo magnético que induce la emisión de
estos pulsos de radiación electromagnética a intervalos regulares
La exactitud del tiempo en que se realiza un pulsar para dar lugar a otro ha
hecho que sean usados para calibrar relojes de precisión
En el aire, los átomos colisionan entre sí millones de veces por segundo y,
sin embargo, después de cada colisión vuelven a su forma original
Un átomo de oxígeno siempre seguirá con su configuración característica
de electrones, sin importar las veces que colisione con otros átomos
44

-eso es algo que, como usted dice, demuestra la extraordinaria mecánica
de los átomos
Así es; la teoría cuántica ha demostrado que todas estas propiedades de los
átomos son consecuencia de la naturaleza ondular de sus electrones
Para empezar, el aspecto sólido de la materia es producto de lo que los
físicos denominan un típico "efecto cuántico"
Efecto que está relacionado con el estado onda-partícula de la materia
Los electrones están ligados al núcleo mediante interacciones eléctricas
que tratan de mantenerlos tan cerca del núcleo como sea posible
Pero, en su afán de “escapar de ese confinamiento” los electrones responden
con una fuerza que tiende a distanciarlos del núcleo
La interacción de ambas fuerzas, hace que el electrón gire a velocidades
que oscilan alrededor de 700 kilómetros por segundo
Estas altas velocidades se expresan ante nuestro conocimiento como si el
átomo fuera una esfera rígida
Del mismo modo que la hélice de un avión que, al girar rápidamente, se
muestra como un disco sólido
Pero la estructura del átomo no es la de un
pequeño sistema planetario, al estilo de lo
que pensaba Ruthford
Para tratar de visualizar la verdadera estructura, en vez de partículas que
giran alrededor del núcleo, imaginemos ondas de probabilidad; esas ondas
están ordenadas en diferentes órbitas
45

¿Cómo se determinan esas “ondas de probabilidad, profe?
Esas “ondas de probabilidad” son establecidas por las
ecuaciones que desarrollan los físicos teóricos
Nosotros no nos metemos con las demostraciones teóricas; sólo damos por
sentado que saben lo que hacen y repetimos los resultados
-¿eso quiere decir que sólo usando la teoría de probabilidades se puede
establecer la posición de un electrón?
Sí; es posible encontrar a los electrones en alguna parte de estas órbitas,
pero no se puede decir que estén "girando alrededor del núcleo"
Los electrones se establecen en órbitas y el equilibrio se logra entre la
atracción que sobre ellos ejerce el núcleo y su resistencia a ser confinados
Dicen que el átomo tiene varios estados; ¿podríamos tener
un ejemplo?
Sí; las ondas de electrones están ordenadas; el electrón de un átomo de
hidrógeno, por ejemplo, sólo podrá existir en una cierta órbita
En condiciones normales, estará siempre en su órbita más baja, llamada el
“estado elemental” del átomo
Pero, el electrón puede saltar a órbitas más elevadas si recibe la cantidad
necesaria de energía, entonces estará en un "estado excitado"
Desde ese estado volverá a su estado elemental
-¿habrá algún efecto en el electrón, luego de este proceso?
46

Sí, hay; la interacción que sufrió el electrón ante una influencia que excitó
al átomo, produjo una energía extra que crea un fotón
Lo veremos más adelante, esta clase de interacciones crea y destruye partículas,
pero este cambio no altera las propiedades de la partícula
Profe; he escuchado que hay lo que se llaman “números
cuánticos” ¿podría explicarnos que son?
Indican la localización y el perfil de las órbitas de los electrones
-¿…?
El primer número cuántico es el número de la órbita y determina la energía
que un electrón debe tener para estar en esa órbita
Los otros dos miden la velocidad y la orientación de rotación del electrón
La fuerza básica que origina los fenómenos atómicos es la fuerza de atracción
eléctrica que existe en la estructura del electrón
Esto es, el núcleo atómico cargado positivamente, y los electrones, cargados
negativamente
Para conocer “la naturaleza de la materia” es imperativo conocer los núcleos
atómicos, pues ellos contienen casi toda la masa del átomo…
Alrededor de 1930, los físicos se enfrascaron en comprender la estructura
de los núcleos y las fuerzas que los mantienen sólidos
En esa búsqueda encontraron que aparte del protón existía el neutrón
-¿por qué se llama “neutrón, profe?
Porque es una partícula que no lleva carga eléctrica
47

Tiene casi la misma masa que el protón o sea alrededor de dos mil veces
mayor que la del electrón
Este descubrimiento mostró que los núcleos de todos los elementos químicos
estaban constituidos de protones y neutrones
También reveló que la fuerza nuclear, que conserva estas partículas firmemente
unidas dentro del núcleo, era un fenómeno aún no conocido
Pues no podía ser de origen electromagnético, dado que los neutrones son
eléctricamente neutros… veamos la estructura de un átomo
Yo soy el átomo; mi núcleo es unas cien mil veces
más pequeño que yo, pero contiene casi toda mi
masa; los electrones se mueven alrededor de mi
núcleo a unos 50.000 kilómetros por segundo;
así, la materia de mi núcleo es diferente de
cualquier otra en el macrocosmo
Cuando mis “nucleones” (protones y neutrones)
se acercan demasiado entre sí, la fuerza que
despliegan hace que no continúen acercándose
más; así se mantiene el equilibrio en mi núcleo
Nosotros somos los electrones, constituimos
sólo una pequeñísima fracción de la masa total,
pero somos quienes dan a la materia su aspecto
sólido y le proporcionamos los vínculos para
construir las estructuras moleculares
48

-profe; falta el acertijo y la belleza de la palabra
Vayamos primero con el acertijo:
Es negro, pero surge del color y se pierde en la nada
-el negro es la ausencia del color, pero el que nos propone surge, precisamente,
del color
-pero la fuente de donde proviene sí, tiene color
-además, se pierde en la nada, como si fuera una especie de niebla negra
-¡el humo! sí, el humo, es negro, proviene del fuego que es de color y se
pierde en la nada
Ustedes son imbatibles
Va un ejemplo sobre la estética de la palabra desde la literatura; al igual
que el lenguaje cuántico, la literatura tiene su propia palabra
Hay un ritmo emocional cuando os siento en mí; en vivencias que aristan sus
propias rapsodias; en flexos celestes que hilvanan una gama en un arpegio
En pálpitos que nacen como los copos, que danzan el compás puro
Estáis en mí todos vosotros; os llevo como un sentimiento
¡Abrevadme! ¡Abrevadme! No dejéis de ser en el flexo lila-verde
Os siento en partida; la gama desaira el arpegio; ¡No os vayáis! Que no es de
la verdadera rosa dejar, por hirientes, sus espinos
Soy vosotros en las rapsodias de flexos celestes; en las irradiaciones del alma
en los hilvanes que arpegian
En el amor de la especie por las especies, de las razas por las razas; del Ser
por los seres: soy un arpegio en gama
49

Yo sé lo que sentís; siento cada uno de vuestros sentires: el arpegio apaga la
gama; la gama amaga su daga
Sólo siendo en vosotros soy yo, pero sé que vosotros no necesitáis de mí para
ser, excepto para saber lo que debéis ser por vuestra Voluntad de Ser
El flexo busca el nexo: ¡No os vayáis cobardes!
Encontrad en mí el disolvente de las antinomias fatales
(En ese instante, una alumna pidió la palabra)
-Profe, usted tenía razón: la literatura tiene su propio lenguaje, tal como
lo tiene el mundo de la relatividad-cuántica; sin embargo, ambos lenguajes
nos emocionan: el relativo-cuántico, porque descorre cortinas vedadas por
miles de años; el literario, porque descubrimos no el pálpito del átomo,
sino el del alma.
(El profesor se sintió verdaderamente conmovido)
50

5
NUEVOS CONCEPTOS
Empezaremos definiendo lo que los físicos consideran una partícula elemental:
es la partícula que se supone es la última en una estructura
Pero, debido al constante descubrimientos de nuevas “partículas elementales”
los físicos estiman que ya no pueden llamarse “partículas elementales
-¿cuál es, más o menos, número de partículas subatómicas que se conoce?
Ese número aumentó de tres a seis en 1935, después a dieciocho en 1955, y
hoy día se conocen más de doscientas partículas "elementales”
¿Bautizaron de otra manera a las partículas elementales?
Sí; cambiaron el nombre por el de partículas subatómicas…
este nuevo concepto de las partículas fue iniciado por Paul
Dirac quien formuló una ecuación que describía el comportamiento
de los electrones
Predijo la existencia de un antielectrón con la misma masa que el electrón,
pero con una carga positiva: el positrón
De allí nació lo que ahora conocemos como la antipartícula o la antimateria
-yo creí que eso de antimateria y demás era sólo para las películas de
ciencia-ficción
Al respecto podemos decir que ese futuro ya está aquí
Los físicos determinaron que una teoría completa sobre los fenómenos nucleares
no debería incluir solamente la teoría cuántica
51

Dijeron que era necesario incluir la teoría de la relatividad, dado que las
partículas subatómicas, se mueven casi a la velocidad de la luz
-¿qué es la simetría, jefe?
-es una particularidad de la materia por la que un sistema,
luego de una interacción con otros, mantiene las
mismas propiedades que tenía originalmente
Ejemplo; un trompo al ser lanzado para que gire sobre
su eje, seguirá siendo el mismo después de haber girado; luego hablaremos
más de eso
La creación de partículas
La creación de partículas materiales partiendo de la energía pura es el
efecto más admirable de la teoría de la relatividad
Cuando dos partículas colisionan con altas energías, se rompen en pedazos,
pero estos pedazos no son más pequeños que las partículas originales
Son partículas de la misma clase y resultan creadas de la energía del movimiento
inherente al proceso de colisión
A ese tipo de energía se denomina energía cinética
L49Tos electrones con órbitas más cercanas al núcleo tienen menor energía
que los que están más lejos
49TEs decir, tiene más “fuerza” para “alejarse” del núcleo que lo atrae
49T-¿cómo se dividen las partículas subatómicas, “jefe”?
49TNada de bromas; l49Ta única forma de dividir las partículas subatómicas es
haciéndolas estallar juntas en procesos de colisión con altas energías
Pero nunca se obtendrá trozos más pequeños
-o sea que las colisiones pueden crear otras partículas, pero nunca más
pequeñas que las partículas que colisionaron
52

Así es; las colisiones de partículas subatómicas con alta energía son el
principal método utilizado para estudiar las propiedades de las partículas
Las energías necesarias para los experimentos de colisión se obtienen por
medio de enormes aceleradores de partículas
Tal como el que aparece en las figuras de arriba; son gigantescas máquinas
circulares cuya circunferencia puede tener varios kilómetros
Allí, los protones son acelerados hasta velocidades próximas a la velocidad
de la luz, para después hacerlos colisionar con otros protones o neutrones
Fuerza y Materia
Por otra parte, los físicos que observan los fenómenos subatómicos, han
creído conveniente unifica los dos conceptos: fuerza y materia,
Ahora se considera que fuerza y materia, tienen su origen común en los patrones
dinámicos que llamamos “partículas”
53

1 Una colisión con partículas externas excita al átomo
2 El electrón cambia de órbita a una de mayor energía
3 El electrón vuelve a su energía normal y libera la energía extra en
forma de fotón
El conocimiento que se tiene sobre las partículas, pueden ser representado
por un ejemplo: un grano de sal se compone de moléculas de sal
Las moléculas de sal, de átomos; los átomos se componen de núcleos y
electrones; y los núcleos, de protones y neutrones
Pero, a nivel de partículas, ya no es posible ver las cosas de ese modo
Para establecer el comportamiento de las partículas, se diseñaron varios
modelos teóricos, uno de ellos: La Interpretación de Copenhague
La Interpretación de Copenhague
Fue desarrollada por Niels Bohr y Werner Heisenberg en la década de
1920; sigue siendo el modelo más aceptado
Según la interpretación, las partículas subatómicas no existen con certeza
en lugares definidos, más bien muestran "tendencias a existir"
No hay seguridad de que los sucesos atómicos ocurran en tiempos y maneras
definidas; en su lugar muestran "tendencias a ocurrir"
Por ello es que se usa el concepto de probabilidad, con ese concepto se
determina la probabilidad de que una partícula esté en ciertas zonas
En los experimentos de colisión, las partículas son lanzadas alrededor de
una pista y aceleradas hasta que su energía sea lo suficientemente alta
54

Werner Heisenberg
Niels Bohr
Este proceso tiene lugar en el acelerador de partículas y las colisiones, en
una cámara de burbujas, donde las partículas producen rastros visibles
Esos rastros pueden ser fotografiados, pero las fotografías deben ser tomadas
muy rápidamente
A pesar de que los aceleradores toman miles de millones de fotografías de
las colisiones por segundo, no alcanzan a fotografiar los procesos
Por eso, las propiedades de las partículas son deducidas del análisis matemático
de los rastros dejados por las colisiones en la cámara de burbujas
-¿se puede tener una idea de lo que es una onda con relación a la partícula?
Ya lo intentamos en las anteriores clases, pero lo repetiremos ahora
Precisamente para aumentar la capacidad de visualizar esta clase de fenómenos,
es que hacemos los ejercicios de pensamiento lateral
Las ondas asociadas con partículas, no son ondas tridimensionales "reales",
como las ondas de agua o las ondas sonoras
Entonces, ¿qué clase de ondas son?
Son "ondas de probabilidad", matemáticamente abstractas relacionadas
con las probabilidades de que las partículas se hallen en ciertos lugares
55

Además de ciertas propiedades, algo que sólo los físicos teóricos entienden,
a través de su idioma, que son las ecuaciones matemáticas
L
A
La onda
Una onda es la trayectoria de una partícula sujeta a longitud y frecuencia,
como en la siguiente figura que reproducimos del anterior capítulo
La letra L representa la longitud de una onda; la letra A, su frecuencia
En la próxima clase veremos la importancia de ambas
Nosotros no necesitamos entender esas ecuaciones, sólo visualizar, en lo
posible, lo que representan
La partícula no está presente en un lugar definido; tampoco está ausente;
no cambia su posición, ni permanece en reposo
Lo que cambia es el patrón de probabilidad y de este modo cambian sus
tendencias a “estar” en ciertos lugares; es una especie de locura
Robert Oppenheimer, del grupo de científicos que creó la bomba atómica
nos dice algo insólito:
Si, preguntamos por ejemplo si la posición del electrón permanece
siendo la misma, hemos de decir que "no"; si preguntamos
si la posición del electrón varió con el tiempo, tenemos
que decir que "no";
Si preguntamos si el electrón esta en reposo, debemos decir que "no"; si
preguntamos si está en movimiento, hemos de decir que "no"
56

El Momentum (momento)
Las partículas que se mueven con alta velocidad tienen una elevada energía;
aunque los físicos, ya no usan el concepto "velocidad"
En su lugar emplean el "momento" que se define como la masa de una partícula
multiplicada por su velocidad
-el momento de una partícula deriva, entonces de cuánta masa tiene y a
qué velocidad se mueve
Así es; la teoría cuántica asocia las propiedades de una onda de probabilidad
con las propiedades de la partícula
Esas propiedades se refieren a la amplitud de onda con las probabilidades
de encontrar la partícula en dicho lugar
Me gustaría conocer un
ejemplo concreto
Tranquilo Lucas; si la longitud es grande tendremos más probabilidades
de encontrar la partícula que en una longitud pequeña
Cuando las longitudes de las ondas son iguales, la partícula podrá ser encontrada
con la misma probabilidad en cualquier parte de la onda
Una onda de pequeña longitud estará relacionada a una partícula que se
mueve a velocidad mayor, es decir tendrá un “momento elevado”
La frecuencia de la onda es proporcional a la energía de la partícula; una
onda con una frecuencia alta muestra una partícula con gran energía
En el caso de la luz, por ejemplo, la luz violeta tiene una frecuencia alta y
una longitud de onda corta
57

Por lo tanto, se compone de fotones de alta energía y alto momento
La luz roja tiene una frecuencia baja y una longitud de onda larga, correspondiente
a fotones de baja energía y bajo “momento”
Luz Violeta, frecuencia alta y
longitud corta
Luz roja, frecuencia corta y longitud amplia
La posición de la partícula es más o menos determinada; por ejemplo, en la
descripción de un electrón
En tal caso, las probabilidades de encontrar la partícula en diversos lugares
se concentran más bien a una zona determinada
Fuera de esta zona las probabilidades de encontrarla deben ser cero; esto
se logra mediante un modelo de onda como el del diagrama siguiente
El diagrama corresponde a una partícula confinada a la zona X
Ese modelo se denomina “paquete de ondas”
X
Paquete de ondas correspondiente a una partícula
situada en algún lugar de la zona X
58

¿Qué es el Principio de Incertidumbre?
Nos instruye sobre el hecho de que en el mundo sub-atómico, nunca se
podrá saber con precisión la posición y el momento de una partícula
La fórmula matemática de esta relación existente sobre la posición y momento
de una partícula es conocida como El Principio de Incertidumbre
Cuanto mejor se conozca su posición, más confuso
será su momento y viceversa; los físicos, al efectuar
una medición precisa de cualquiera de estas dos
magnitudes, nada sabrán de la otra
Esta limitación no es causada por la imperfección de las técnicas de medida;
se trata de una limitación de principio en la naturaleza
¿Qué es principio de Complementariedad?
Para comprender la relación existente entre los pares de
conceptos clásicos, Niels Bohr introdujo la idea de la Complementariedad
Consideró el status de partícula y onda como dos descripciones complementarias
de la misma realidad; cada una, sólo parcialmente correcta
También estableció que para lograr una descripción completa de la realidad
atómica son necesarias las dos representaciones
Ambas se aplican dentro de las limitaciones impuestas por el principio de
incertidumbre “Los opuestos son complementarios” dice Bohr
Espacio-Tiempo
La física clásica concebía un espacio tridimensional, absoluto, independiente
de los objetos materiales contenidos en el espacio
59

El espacio obedecía a las leyes de la geometría euclidiana; de esta manera,
el tiempo se consideraba una dimensión aparte, también absoluta,
El tiempo fluiría de un modo uniforme e independiente
del mundo material
La geometría euclidiana consideraba al espacio como algo
plano
La ley de la Relatividad demostró que el espacio-tiempo es curvo; en la
física actual, la medición del espacio-tiempo es relativa
La posición de un objeto en el espacio se define sólo en relación con algún
otro objeto; así termina la clase
Profe, falta el pensamiento lateral y la palabra bella y útil
Muy bien; aquí va un acertijo
Supongamos que un conocido millonario, famoso por sus colecciones, entre
ellas, de monedas antiguas, denuncia el robo de 99 monedas egipcias de oro
cuya antigüedad, según los datos, viene del año MM a.C… la colección constaba
de 100 monedas, pero él siempre guardaba una en el cajón de su escritorio
porque “le traía suerte”, costumbre que le permitió salvar por lo menos
una moneda ¿Por dónde empezaríamos la investigación?…
-empezaríamos visitando las casas de empeño
-trataríamos de averiguar si es que existen otros coleccionistas del mismo
ramo
-seguramente la colección de monedas estaba asegurada por una buena
suma, por lo que nos interesaría saber las condiciones del seguro
-por otra parte, también investigaríamos los antecedentes del millonario,
para asegurarnos de que no esté cometiendo una estafa
-no podríamos obviar la necesidad de saber cómo y las condiciones que
mediaron para que la colección fuera adquirida
Todas las sugerencias son de gran utilidad y responden a una de las categorías
de pensamiento más utilizados: el pensamiento lineal o lógico; antes
de seguir con las vías que transitaríamos para dar con el o los autores del
60

obo, debemos preguntarnos: ¿tenemos toda la información requerida sobre
la colección de monedas?
-yo creo que sí: sabemos que datan de dos milenios a.C
-por otro lado, sabemos que son de oro y que valen mucho
Sin embargo, debo decirles que no tienen toda la información necesaria para
demostrar que el caso se basa en un intento de estafa
-¿Cómo podríamos saber que se trata de un intento de estafa? Usted nos
dio los datos necesarios para plantear el caso
Les di y no les di
-¿…?
El detective asignado al caso, le pidió al coleccionista que le mostrara la moneda
salvada… apenas la vio, el detective determinó que se trataba de un
intento de estafa… o de una broma; ahora acudimos al pensamiento lateral
para deducir qué fue lo que el detective vio en la moneda… por favor, no se
inhiban de aventurar deducciones absurdas, pues no se trata de seguir un
proceso lógico; al contrario, mientras más absurda la deducción, más útil será
para familiarizarnos con las características del pensamiento lateral
-la moneda no era de oro
-la moneda tenía dos caras iguales
-llevaba la leyenda: Made in China
-era una moneda de vidrio
-tenía la efigie de algún presidente egipcio contemporáneo
-era una ficha de póker
-era pintada con brocha gorda
-era un chocolatín redondo envuelto en papel dorado
El detective se dio cuenta de que la moneda era falsa, porque no llevaba la
leyenda “Made y China”, sino “MM a.C” (Dos mil años antes de Cristo)
Se escuchó una carcajada en coro
Si ustedes hubieran tenido la información que tuvo el detective asignado al
caso, lo habrían resuelto inmediatamente, pero yo les proporcioné una in-
61

formación ambigua: les dije simplemente que las monedas eran egipcias y
que, según los datos, provenían del siglo XX a.C, pero no les dije que esa
fecha estaba inscrita en la moneda… éste es un pequeño ejemplo de pensamiento
lateral, en el que lo más importante no es seguir un pensamiento lógico,
lineal, sino reestructurar el modelo original, oponiendo alternativas que
no sean lógicas; más bien se espera que la reestructuración del modelo se
base en andamiajes cada vez más absurdas que el curso proponga, tal como
lo hicieron ustedes; lo dijimos ya, la esencia misma del pensamiento lateral
se basa en la búsqueda de alternativas absurdas hasta que se adquiere un
grado de pericia aceptable
(Fragmento)
La palabra reverberaba como los colores encandilados por el prisma que les
da vida; todo en él era para el embeleso y para el aturdimiento feliz de los
sentidos… su presencia era como el infinito: no parecía exigir el lugar de nadie
para objetivarse, ni hacer que las alas de una mariposa tuvieran motivo
para el sobresalto. Habló con ecos de palabras, como si las palabras originales
hubieran sido pronunciadas hacía muchas centurias de milenios, milenios
que descansan unos sobre los otros… así es cómo las hojas de los árboles, en
cada una de sus ramas, son las mensajeras de la naturaleza… pero las huellas
dejadas por los que han dejado huella a lo largo de los senderos de la luz
invisible nos instruyen que hay quienes no viven, quienes sólo ansían poder y
dinero; parecería que estuvieran hechos de otra sustancia… ajenos a lo que
es el fluir de la vida, mueren por que no mueren y al morir se van vacíos porque
no dejan nada, ni siquiera el aliento para que una hoja de otoño planee
por un cuarto de segundo…
62

6
LAS DANZAS CÓSMICAS
Periodo de vida de las partículas
Una millonésima de segundo; partículas de tan corta vida sólo pueden ser
sucesos transitorios de procesos muy dinámicos
Por la naturaleza relativista de las partículas subatómicas, no es posible
entender sus propiedades sin conocer sus mutuas interacciones
Por otro lado, no es posible comprender una partícula sin antes tener un
conocimiento previo de la interacción de las demás
¿Qué es el Vacío, profe?
La frase “la naturaleza aborrece el vacío” es muy oportuna; desde la época
de los griegos, el concepto de “vacío” ha sido tema de grandes debates
Los que negaban la existencia del vacío razonaban del siguiente modo
Si los cuerpos están separados por la nada, esto es, por vacíos, no estarían
separados; siempre estarían juntos
En el estudio del “vacío”, los físicos se encontraron con el concepto de
“campo”, el que se interpretó de diferente manera
Faraday y Maxwell postularon que los campos vibratorios eléctricos y
magnéticos pueden viajar a través del espacio, en forma de ondas de radio
También como ondas de de luz y otros tipos de radiación electromagnética
63

En la formulación relativista de la electrodinámica
los dos campos: la electricidad y el magnetismo,
quedan unificados en un solo campo electromagnético,
lo que permitió demostrar que el “vacío” como
tal, no existe
Los físicos identifican el vacío cuántico o "estado de vacío", como algo que
"no es desde ningún punto de vista un simple espacio vacío"
Es un error pensar, dicen, que el vacío físico sea un espacio vacío absoluto;
la mecánica cuántica establece que el vacío cuántico no está “vacío”
Los físicos afirman que el vacío contiene ondas electromagnéticas fluctuantes
y partículas que saltan dentro y fuera de la existencia
El vacío es verdaderamente un "vacío vivo", que pulsa permanentemente
ritmos de creación y de destrucción
El descubrimiento de la cualidad dinámica del vacío está considerado como
uno de los hallazgos más importantes de la física moderna
El “vacío” es considerado como una entidad dinámica de importancia
-de manera que la cabeza del Flaco George no está hueca como creíamos,
después de todo; tenía usted razón: la naturaleza obra caóticamente
El Campo
El concepto de “campo” ha sido asociado con la fuerza electromagnética
También con esa otra fuerza primordial del macromundo
Esta es la fuerza de la gravedad
Los campos gravitacionales están en todos los cuerpos sólidos, y las fuerzas
resultantes son siempre fuerzas de atracción
64

Los campos electromagnéticos originan
fuerzas de atracción y de repulsión
En la relatividad general hay una idea muy
clara al respecto:
Donde exista un cuerpo sólido habrá también un campo gravitacional, elque
se manifestará como la curvatura del espacio que rodea al cuerpo
Einstein: la materia no puede estar separada de su campo de gravedad, y el
campo de gravedad no puede estar separado del espacio curvo
Unidad de Materia y Espacio
Materia y espacio son consideradas partes inseparables e interdependientes
de un solo conjunto
La física moderna nos demuestra que, en ambos niveles, el microscópico y
el macroscópico, los objetos materiales no son entidades diferenciadas
Están inseparablemente ligados a su entorno y sus propiedades pueden
entenderse sólo en función de su interacción con el resto del universo
Pero la teoría clásica de la electrodinámica se ha podido combinar con la
teoría cuántica, dando una teoría llamada "Electrodinámica Cuántica"
Los nombres son muy amenazadores, pero los conceptos nos llegan de una
manera muy fácil, tal como lo comprobaremos nuevamente
¿Qué es la Electrodinámica Cuántica?
Describe las interacciones electromagnéticas que se dan
entre las partículas subatómicas e integra la teoría cuántica
y la teoría de la relatividad, aunque aún no es una integración
para una teoría del todo
Fue el primer modelo "cuántico-relativista" de la física moderna
y hasta el presente, el más efectivo
65

El rasgo más nuevo y sorprendente de la electrodinámica cuántica surge
de la combinación de dos conceptos: campo electromagnético y fotones
Los fotones son también ondas electromagnéticas
El campo cuántico es considerado como una entidad física fundamental: un
medio continuo que está presente en todas partes del espacio
Las partículas son simples condensaciones locales del campo, concentraciones
de energía que vienen y van
Pierden su carácter individual y se disuelven en el campo subyacente
Los físicos citan a Albert Einstein, quien declara:
Podemos por tanto considerar a la materia como constituida por las regiones
de espacio en las cuales el campo es extremadamente intenso... En este
nuevo tipo de física no hay lugar para campo y materia… el campo es la
única realidad
¿Qué significa “La Unificación de todos los campos”
Originalmente, el concepto de “campo” se relacionó con el concepto de
fuerza; en la teoría del campo cuántico todavía se asocia con las fuerzas
Por ejemplo, la interacción total entre dos electrones incluirá una serie de
intercambios de fotones; los electrones parecerán desviarse uno de otro
La física clásica dirá que los electrones ejercieron una “fuerza repulsiva”
uno sobre el otro, algo que ahora se desecha
Según la física moderna, ninguno de los dos electrones es sujeto de “fuerza”
alguna cuando se aproxima al otro
Sólo se influyen mutuamente a través de los fotones que intercambian
66

En el mundo subatómico no existen esas “fuerzas”, sólo hay interacciones
entre las partículas, que son medidas a través de campos
Es decir, a través de otras partículas; por esta razón los físicos prefieren
hablar de interacciones en lugar de hablar de fuerzas
Establecido el concepto de campo, los físicos intentaron unificar los diversos
campos en uno solo, el que incorporase a todos los fenómenos físicos
Einstein pasó los últimos años de su vida buscando ese campo unificado
Según la teoría del campo cuántico, todas las interacciones ocurren en el
proceso de intercambios de partículas
Nuevas Partículas
(Recordemos que los nucleones son los protones y neutrones que conforman
el núcleo de un átomo)
En las interacciones electromagnéticas, las partículas intercambiadas son
fotones; los nucleones interactúan entre sí mediante la interacción nuclear
Se las conocen como "interacciones fuertes"; se manifiestan como el intercambio
de un nuevo tipo de partículas, llamadas "mesones"
Por ello, no se puede entender la fuerza nuclear sin entender todo el espectro
de las partículas subatómicas y sus interacciones
¿Cómo se crea una partícula con masa?
La creación de una partícula con masa sólo es posible cuando existe la
energía correspondiente a su masa, v.g, mediante un proceso de colisión
67

Ya vimos antes que para lograr una partícula con masa desde la energía es
necesario grandes existencias energéticas
Mesón real y Mesón virtual
Los sucesos subatómicos que tienen lugar dentro de un muy corto período
de tiempo, implican una gran incertidumbre en cuanto a la energía
El intercambio de mesones, esto es, la creación y posterior destrucción de
estas partículas, son sucesos de este tipo
Tienen lugar durante un período de tiempo muy corto, así la energía del
entorno es suficiente para permitir la creación de los mesones
Cuanto más pesados sean los mesones (es decir, cuanta más energía se
precise para crearlos) más corto será el tiempo para el intercambio
De este modo emergen los procesos de intercambio que constituyen las
interacciones fuertes en el núcleo del átomo
Por el otro lado, el intercambio de fotones virtuales puede darse a grandes
distancias
Eso se debe a que los fotones, al no tener masa, pueden ser creados con
cantidades de energía más pequeñas
Los campos electromagnéticos son originados por la presencia de fotones
virtuales "dentro" de las partículas cargadas eléctricamente
De esta manera, la distinción entre materia y espacio vacío
tuvo finalmente que ser abandonada
Las teorías del campo de la física moderna abandonan la distinción
clásica entre partículas materiales y el vacío
La teoría del campo gravitacional de Einstein y la del campo cuántico
muestran que no es posible separar las partículas del espacio que las rodea
68

Por un lado, determinan la estructura de dicho espacio, y por otro, no se
las puede considerar como entidades aisladas
Serán condensaciones de un campo continuo; este campo está considerado
como la base de todas las partículas y de sus interacciones mutuas:
El campo existe siempre y en todos los lugares; nunca puede ser eliminado.
Es quien transporta a todos los fenómenos materiales. Tanto la acción
de aparecer como la de desvanecerse de las partículas son sencillamente
formas de movimiento del campo.
El universo es dinámico
Los viajes virtuales de la Física Moderna por el mundo subatómico han
mostrado la naturaleza verdadera de la materia
Han puesto de manifiesto que las partículas subatómicas son modelos dinámicos
que no tienen existencia como entes aislados
Ha demostrado que lesas partículas existen sólo como partes de un inmenso
entretejido de interacciones
Los procesos interactivos se realizan en un perenne flujo de energía emergente
del intercambio de partículas
Las partículas, en una interrelación mutua, son creadas y destruidas en una
gama continua de modelos energéticos
Las interacciones entre las partículas originan las estructuras
de la materia, las que no permanecen estáticas: oscilan
con movimientos ordenados
El universo parece moverse al ritmo ondulante de una danza
cósmica vital; este movimiento vital convoca una enorme
variedad de patrones, pero todos ellos caen dentro de unas
pocas categorías que interactúan entre sí
Antes de terminar la clase hablaremos de algo diferente: dignidad
69

Para empezar, diremos que en el comportamiento humano es preciso
desechar los extremos, porque son deformaciones caricaturescas
Por ejemplo, entre la humildad y la soberbia
Sobre el particular, tracemos los dos extremos
La humildad es para los harapos mentales
La Soberbia es para la estupidez
Entre ambos extremos encontraremos el grado de dignidad que elijamos
En mi percepción, una de las respuestas más dignas en la historia fue dada
por Miguel de Cervantes Saavedra
Recordemos que Cervantes perdió el uso de una mano, cuando participaba
en la famosa Batalla naval de Lepanto, hoy en Turquía
La batalla, realizada en octubre de 1571, puso fin a las pretensiones de expandir
el dominio del imperio otomano al resto de Europa
En su época, Cervantes recibía muchos insultos de parte de los otros escritores,
también famosos; yo percibo la respuesta del siguiente modo:
Me dicen manco y viejo, con la pretendida intención de insultarme
Me lo dicen, como si hubiera perdido la mano en una pelea de taberna y
no en la batalla más grande que la historia pone en su inventario
Me dicen viejo, como si fuera inherente sólo a mí el serlo y como si yo pudiera
detener el tiempo
Me dicen manco y viejo, como si fuera un pecado y sólo yo, el pecador
Les cité la respuesta de Cervantes (algo transformada por mi percepción
particular) como un ejemplo de lo que es Dignidad
Cervantes no contesta los insultos, más bien expresa su pesar por lo arbitrarios
e injustos que son
70

Cuando sientan la necesidad de humillar a alguien, acuérdense de Cervantes
y de lo que les digo a continuación:
El único animal al que la arrogancia le cae bien es la llama, a ninguno más
Hasta la próxima clase queridos alumnos.
7
LOS MISTERIOS
DEL COSMOS
¿Hay en el cosmos dimensiones como “arriba”, “abajo”, “norte”, “sur”, las
mismas que conocemos en la Tierra?
No; esas dimensiones son de tipo convencional, es decir surgieron de la
necesidad de identificar un objeto en la realidad cotidiana
Pero en el Cosmos, esas palabras dejaron de tener significado
Para probarlo imaginemos dos individuos que flotan en el espacio y están
observando un paraguas como el dibujo siguiente, tal como lo pone Fritjof
El primer observador, A, ve el paraguas ligeramente
inclinado a su izquierda, de forma que el extremo
superior está más cerca de él; el observador B, mira
el paraguas a su derecha y percibe que el extremo
superior está más alejado
-… queda claro que todos los datos espaciales, tales como "izquierda",
"derecha", "arriba", "abajo", "oblicuo…” dependerán totalmente de la situación
del observador y por tanto serán relativos y convencionales
71

En el sistema clásico, el orden temporal de los sucesos era
considerado independiente de la posición y velocidad del
observador
Las ubicaciones de los cuerpos en el espacio-tiempo de la
física moderna son relativas y dependen del observador,
tal como vimos con el paraguas
La velocidad de la luz, 300.000 Km por segundo, es tan alta que nos hace
suponer que observamos los sucesos en el mismo instante en que ocurren
Pero eso es nada más que una ilusión; la luz necesita un tiempo para viajar
desde la fuente del suceso al observador
Ejemplo, la luz tarda ocho minutos en viajar desde el Sol a la Tierra, es decir
que, en cualquier momento, vemos el Sol como era hace ocho minutos
En la imagen siguiente vemos al sol como situado en el punto luminoso de
la izquierda, pero el sol está realmente en el punto de la derecha
Esto es, 8 minutos más tarde…
… en la física cuántica, los sucesos son interacciones
entre partículas que se mueven casi a la velocidad
de la luz
En este sentido, la relatividad del tiempo es algo bien establecido y ha sido
confirmado por incontables experimentos; no es posible hablar del
"universo en un momento dado", de una manera absoluta
Por otro lado, según la Teoría de la Relatividad, no existe un espacio absoluto,
independiente del observador
-entonces, ¿cómo podemos identificar la ubicación de las galaxias?
72

Los astrofísicos pueden ver las galaxias tal como eran hace millones de
años; en realidad ven “su pasado”
Ese pasado coexiste con el futuro de nuestra galaxia; así, “presente, pasado
y futuro” no son dimensiones que existan en el universo
En el cosmos todo es simultáneo
Oí decir que la longitud de un palo en reposo horizontal es mayor
que si el palo está en sentido vertical
Tienes razón; en la física clásica se daba por sentado que un palo, ya se halle
en movimiento o reposo, tendrá siempre la misma longitud
La teoría de la relatividad ha demostrado que esto no es cierto
Un palo tiene su longitud máxima cuando está en reposo, y se hace más
corta a medida que su velocidad aumenta con relación al observador
No tiene sentido preguntar por la longitud "real" de un objeto, tal como
tampoco lo tiene preguntar la verdadera longitud de la sombra de alguien
La relatividad del tiempo
En los relojes sometidos a gran velocidad, el tiempo se refrena y marcan
un periodo menor que los relojes en reposo normal
Stephen Hawking, considerado como el sucesor de Einstein, pone como
ejemplo hipotético a dos gemelos
Si uno de ellos hiciera un viaje por el espacio
exterior, al volver sería más joven
que su hermano, porque todos sus "relojes",
el latido de su corazón, su flujo sanguíneo,
sus ondas cerebrales… habrían
ido más despacio durante el viaje
73

Pero él mismo no advertiría nada anormal, aunque a su regreso se asombraría
al ver que su hermano gemelo era mucho más viejo que él
El retraso experimentado por los relojes en movimiento está perfectamente
comprobado en la física de las partículas
También tiene como ejemplo a dos aviones viajan a la misma velocidad
alrededor de la Tierra, pero en sentido contrario uno del otro
El Tiempo correrá más lento en el avión que va de Oeste a Este que el otro
avión que viaja en sentido contrario
Además, el avión que va de izquierda a derecha tiene a su favor la velocidad
de la rotación de la Tierra que rota en ese sentido
49TVelocidades
49T¿Cuál es la velocidad de rotación de la Tierra sobre su eje?
49TLa Tierra gira sobre su eje a 1666,80 km por hora, tomando como punto de
referencia la línea del Ecuador
49TCon relación al sol, su movimiento de traslación alcanza, 107280 Km/hora
49TCon relación a la velocidad de traslación que nuestro planeta recorre junto
con el sol alrededor del centro galaxial, vamos a 777600 km por hora
49TNuestra galaxia tarda 230 millones de años para lograr una órbita, junto
con el sol, alrededor del centro de la galaxia
Por otro lado, no hay una distancia única entre la Tierra y el Sol
El perihelio
Al comenzar el mes de enero la Tierra alcanza
su máxima proximidad al Sol; ese estado queda
identificado como el perihelio.
74

Afelio
En cambio, a principios de julio llega es cuanto más distante está con relación
al sol, en un estado que se denomina afelio
La distancia entre la Tierra y el Sol en el perihelio es de 142.700.000 km. y
la distancia Tierra-Sol en el afelio es de 151.800.000 kilómetros
¿A cuánto alcanza la velocidad del Sonido?
La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen
las ondas sonoras.
Cuando lo hace a través del aire, es de 1234 Km por hora, lo que se denomina
Mach 1, como una medida de velocidad para los aviones
Cuando esa velocidad se rompe ocurre una explosión sonora debido a que
las ondas del sonido se juntan unas a otras y el avión las deja atrás
La inestabilidad de las partículas
La mayor parte de las partículas subatómicas son inestables, esto es, después
de cierto tiempo se desintegran en otras partículas
Muchos experimentos han confirmado el hecho de que el tiempo de vida
de una partícula inestable depende de su movimiento
Si la velocidad de la partícula aumenta, su tiempo de vida aumentará
Si su velocidad es el 99% de la velocidad de la luz, vivirá siete veces más,
lo que no quiere decir que el tiempo de vida de la partícula varíe
¿A qué se debería esos resultados tan absurdos?
Los efectos, aparentemente absurdos, se deben a que son proyecciones
tridimensionales de fenómenos que tienen lugar en
cuatro dimensiones
75

Es el mismo fenómeno de las sombras; son proyecciones de objetos tridimensionales,
pero las vemos en una perspectiva de sólo dos dimensiones
Si pudiésemos percibir la realidad espacio-temporal cuatridimensional, no
observaríamos ningún efecto extraño
Ahora abordaremos un tema de gran interés
¿Qué son los Agujeros Negros, Profe?
Los físicos recuerdan a Einstein y reafirman que siempre que haya un objeto
sólido, el espacio que lo rodee será curvo, tal como lo vimos
Un ejemplo claro de la curvatura del espacio-tiempo es algo que a primera
vista nada tiene que ver con el tema
Empecemos por visualizar el colapso de una estrella
El colapso de una estrella se produce porque se vuelve cada vez más pequeña
debido a que sus átomos se estrechan progresivamente entre sí
Lo hacen, hasta que la estrella colapsa hacia dentro, en una “implosión”
Todas las estrellas colapsan con el tiempo; eso se debe a la mutua atracción
gravitacional de sus partículas
Puesto que esta atracción aumenta con gran rapidez, a medida que disminuye
la distancia entre las partículas, el colapso se acelera
Lo dijimos en una clase anterior, si la masa de la estrella es
grande, digamos, dos o más veces la del Sol, ningún proceso
podrá evitar que el colapso continúe indefinidamente
Como consecuencia el espacio-tiempo que la rodea, se hace cada vez más
curvo y su gravedad aumenta a medida que su volumen se reduce
76

Ya no quedan “vacíos” en el interior de sus átomos
Finalmente, la estrella habrá aumentado tanto su fuerza de gravitación que
alcanzará una etapa en la que nada escapará de su masa
Los físicos dicen que, en esta etapa, se forma un "horizonte en calma" alrededor
de la estrella, pues ninguna señal escapa de ella
El Horizonte de Calma
Tampoco vemos tal estrella porque su luz nunca llega hasta nosotros; ésa
es la razón por la que esos cuerpos se llamen “agujeros negros”
Su existencia fue pronosticada por la teoría de la relatividad, en 1916
En 1967 Stephen Hawking y Roger Penrose demostraron que los agujeros
negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein
Que en determinados casos no se podía impedir que se crease un agujero
negro a partir de un colapso
¿Cuándo se conoció la existencia de los agujeros negros?
John Wheeler acuñó el término "agujero negro", en 1969; la idea de agujero
negro tomó fuerza con los avances científicos y experimentales
Sin embargo, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir radiación,
lo cual fue propuesto por Stephen Hawking en 1976
77

Tras años de investigación de los resultados,
los investigadores aseguran que efectivamente
habían logrado probar la teoría de Hawking
El colapso se completa cuando la estrella se ha contraído hasta un punto
crítico de densidad extrema
-¿cuánto tiempo tarda el colapso?
- ¡se trata de un tiempo finito o infinito?
En la teoría de la relatividad esta pregunta carece de sentido
El proceso de colapso de una estrella, como todos los demás períodos de
tiempo, es relativo y dependerá de la posición y velocidad del observador
Aún no capto bien: ¿cómo saben los científicos que han identificado
un agujero negro, si su luz no nos llega?
Deducen la existencia de un agujero negro de varias maneras
Si una estrella que gira en órbita alrededor de un centro, al parecer, sin un
cuerpo existente visible, es posible que el centro sea un agujero negro
Todas las partículas se mueven hacia adelante o hacia atrás en el tiempo,
En el espacio se pueden mover hacia la derecha o hacia la izquierda
Louis de Broglie dice al respecto:
En la dimensión espacio-temporal, todo lo que para cada uno de nosotros
constituye el pasado, el presente y el futuro, se da en bloque
78

Me gustaría saber qué es el Efecto Cuántico
Hay muchos efectos y estados cuánticos, los que son descritos por ecuaciones
matemáticas, más que por una observación directa
Si una partícula subatómica está confinada a una pequeña región de espacio,
reaccionará a su confinamiento moviéndose en una órbita
Tal el caso de un electrón con relación al núcleo del átomo
Cuánto más pequeña la zona de confinamiento, es decir, cuánto más cerca
se encuentre del núcleo, más deprisa "revoloteará" la partícula en cuestión
Ése sería un “efecto cuántico”
Para intuir las características del Macro y del Microunivereso, visualizaremos
la unidad de la Teoría de la Relatividad-Mecánica Cuántica
El dinamismo de la materia surge en la teoría cuántica como una consecuencia
de la naturaleza dual onda-partícula de las partículas subatómicas
Emerge también de la teoría de la relatividad: la unificación del espaciotiempo
no permite que la materia quede separada de su actividad
Por eso es que las propiedades de las partículas subatómicas pueden ser
percibidas sólo en movimiento, interacción y transformación
¿Es cierto que el Universo se Expande?
Sí; el universo acoge un conjunto indeterminado pero muy grande de galaxias,
en movimientos de rotación, tal como la nuestra
El ejemplo más conocido al respecto es el siguiente
Para tratar de visualizar el proceso de expansión, imaginemos un globo
con un gran número de puntos en su superficie
79

El globo representará el universo y los puntos, serán las galaxias
A medida que inflamos el globo, las distancias entre los puntos aumentarán
Todos los puntos se alejarán de todos y cada uno
La velocidad de expansión aumentará progresivamente: a mayor distancia,
más rápido se alejará de nosotros
Las galaxias más lejanas de todas se alejan de nosotros a velocidades que
se aproximan a la de la luz
La luz de las galaxias más allá de esa distancia jamás llegará hasta nosotros,
pues se alejan a una velocidad mayor que la velocidad de la luz
Eso es algo que no le cayó nada bien a Einstein
¿Qué es una singularidad, profe?
Es un punto teórico con volumen cero y densidad infinita
Los físicos consideran al Big-Bang como una singularidad; también sería el
caso de los agujeros negros
Los físicos consideran que la expansión del universo es un impulso residual
de la gran explosión, conocida como el “Big Bang”, que creó el cosmos
80

El “Big Bang”, habría sido una singularidad que dio lugar al universo y al
comienzo del espacio y del tiempo
Las ecuaciones de Einstein no tienen una respuesta
única sobre el futuro del universo en expansión,
pues generan soluciones diferentes
Cada solución corresponde a diferentes modelos
de universo; algunos modelos predicen que la expansión
continuará para siempre
Otros, describen el universo como oscilante; es decir, que se expande
porbillones de años y luego se condensa en una pequeña bola de materia;
esa bola iniciará una nueva expansión… y así hasta el infinito
Así terminamos esta clase
81

8
LAS FUERZAS
DEL ÁTOMO
La Energía
La energía nos permite describir los fenómenos naturales
Un cuerpo tiene energía cuando puede realizar un trabajo
Esta energía puede ser: energía de movimiento, energía de calor, energía
gravitacional, energía eléctrica, energía química…
Cualquiera que sea su forma, podrá ser empleada para realizar un trabajo
He oído hablar de la energía cinética
y quiero saber qué es
La energía cinética de un cuerpo es la que posee debido a su movimiento
Se la define como el trabajo necesario para acelerar su masa, desde el reposo
hasta la velocidad que se desea
Una piedra arrojada desde una altura genera energía cinética al caer y colisionar
con algún otro objeto o contra el suelo
La energía eléctrica o química puede ser transformada en energía calorífica,
que luego servirá para fines domésticos
En física, la energía se relaciona con algún proceso o actividad
La energía total contenida en un proceso siempre se conserva
Puede que cambie su forma, pero nada se pierde de ella
82

La conservación de la energía es una de las leyes fundamentales de la física
y rige todos los fenómenos naturales conocidos
Dejad que la energía trabaje
La Masa
La masa de un cuerpo es una medición de su peso, esto es, de la atracción
que la gravedad ejerce sobre su cuerpo
También es la medida de su resistencia a la aceleración
Los objetos pesados son más difíciles de acelerar que los objetos ligeros
La teoría de la relatividad, ya lo vimos, dice que la masa es una forma de
energía y puede transformarse en otras formas de energía
Esto sucede cuando las partículas subatómicas colisionan unas con otras;
en estas colisiones las partículas pueden ser destruidas
La energía contenida en sus masas puede transformarse
en energía cinética; el proceso inverso
también se cumple
Cuando las partículas colisionan a velocidades
muy elevadas, su energía cinética puede ser
utilizada para formar las masas de nuevas partículas
83

Por la fórmula de Einstein, sabemos la energía se puede convertir en masa,
del mismo modo que la masa lo hace en energía
Esta conversión es tan común que los físicos miden las masas de las partículas
en unidades de energía
¿Se puede visualizar las partículas subatómicas?
No debemos olvidar que las partículas que componen el átomo, no están
hechas de substancia material alguna; no son “miguitas de pan”
Las partículas subatómicas son modelos de “momentos” que interactúan en
entornos espaciales y temporales
Recordemos que la palabra “momento” se refiere a la masa de una partícula
multiplicada por su velocidad
Nunca vemos ninguna substancia; lo que observamos
son modelos dinámicos que continuamente cambian de
uno a otro: una danza permanente de energía
Su aspecto espacial nos permite visualizarlas como
“objetos con masa”
Visualizamos su aspecto temporal, como procesos que contienen la energía
equivalente
Los físicos afirman que la materia tiene modelos básicos conformadas por
las partículas subatómicas, las que interaccionan perennemente
84

Entender las propiedades e interacciones de estas partículas constituye la
principal finalidad de la física moderna
La mayor parte de las más de doscientas partículas conocidas fueron creadas
artificialmente en procesos de colisión
Los átomos, que conforman las formas de materia existentes, están compuestos
de sólo tres partículas sólidas: el protón, el neutrón y el electrón
Una cuarta partícula, el fotón, no tiene masa y se la usa como la unidad de
radiación electromagnética
Las tres son partículas estables; viven para siempre, excepto cuando participan
de una colisión en la que pueden ser aniquiladas
El Neutrón
El neutrón, por el contrario, puede desintegrarse espontáneamente
9TEl neutrón es un componente del núcleo de los átomos9T
está formado por dos quarks “abajo” y un quark “arriba”
y
El “quark arriba” tiene carga eléctrica +2/3
Los “quarks abajo” tienen cada uno carga eléctrica -1/3, la suma de ambos
valores negativo y positivo hace que carga eléctrica del neutrón sea cero
Cada neutrón está conformado por estos 9Ttres quarks enlazados por gluones9T
(partículas en las que reside la interacción nuclear fuerte)
La masa del neutrón es algo mayor que la del protón
Los neutrones forman, con los protones, los núcleos
atómicos; el neutrón está presente en todos los núcleos
atómicos, excepto el del hidrógeno
85

El neutrón interactúa con los protones mediante la fuerza nuclear fuerte,
pero sin repulsión electromagnética, porque su carga eléctrica es cero
El proceso de esa desintegración recibe el nombre de "emisión beta" y
constituye el causal básico de cierto tipo de radioactividad
Así, el neutrón se transforma en un protón, creando en el proceso, un electrón
y un nuevo tipo de partícula denominada neutrino, que carece de masa
Tal como el protón y el electrón, el neutrino es también estable
La transformación de neutrones en protones tiene lugar en los átomos de
una substancia radioactiva que tienen átomos diferentes
Los electrones creados en esas interacciones son emitidos en forma de una
poderosa radiación utilizada en biología, en la industria y en la medicina
Ya quedó mencionado el hecho de para cada partícula existe una antipartícula
con igual masa, pero de carga opuesta
El fotón es su propia antipartícula, pues no tiene masa
El positrón es la antipartícula del electrón
También el antiprotón, un antineutrón y un antineutrino; la partícula sin
masa creada en la emisión beta, no es un neutrino, sino un antineutrino
¿Cuántas categorías de interacción existen?
De estos procesos deduciríamos la existencia de una infinidad de categorías
que incluirían una infinidad de interacciones
Pero, aunque no se conoce por qué, todas estas interacciones parecen caer
dentro de una de las cuatro categorías siguientes
86

Interacciones fuertes
Interacciones electromagnéticas
Interacciones débiles
Interacciones gravitacionales
Las interacciones electromagnéticas y gravitacionales son las más conocidas,
dado que pueden surgir de experimentos en el mundo macroscópico
La interacción gravitacional actúa también entre las partículas, pero es tan
débil que no puede detectarse experimentalmente
Los efectos de “gravitación” entre las partículas subatómicas serían las interacciones,
que son las formas de existencia de cada partícula
En el mundo macroscópico, el gran número de partículas que componen
los cuerpos sólidos combinan su interacción gravitacional
Recordemos que es de esa interacción de interacciones que se produce la
fuerza de gravedad, fuerza dominante en el macrouniverso
Por su parte, las interacciones electromagnéticas tienen lugar entre todas
las partículas cargadas eléctricamente
Esas interacciones producen las combinaciones químicas y la formación de
todas las estructuras atómicas y moleculares
En resumen: las interacciones fuertes unen los núcleos atómicos
Las interacciones electromagnéticas unen los átomos y las moléculas
y son causadas por el intercambio de fotones sin masa
Ésa es la razón por las que su alcance sea indefinidamente largo,
y sus interacciones eléctricas y magnéticas se perciban en el
mundo entero
Las interacciones gravitacionales vinculan a las estrellas y a las galaxias
87

Esto es, a lo que existe en el macrocosmos
Las interacciones débiles se manifiestan sólo en ciertos tipos de colisiones
y en las desintegraciones de algunas partículas
La emisión beta está sujeta a este tipo de interacción
En cuanto a las interacciones gravitacionales sólo hay hipótesis; una de
ellas postula la existencia de una partícula sin masa, llamada “gravitón”
Las interacciones débiles, tienen un alcance extremadamente corto con
relación a las interacciones fuertes
La que sería la fuente de donde proviene la gravedad
Hay un conjunto de teorías que, a su vez, han hecho posible
una teoría de campo unificada para las interacciones
electromagnéticas y débiles
En las colisiones de alta energía las interacciones fuertes, electromagnéticas
y débiles se combinan para producir una serie de interacciones
En estos procesos, las partículas iniciales que colisionan pueden destruirse
y, al mismo tiempo, crear partículas nuevas que colisionan nuevamente
Pero al destruirse, crean otras partículas o se desintegran para formar, al
final de los procesos, las partículas estables que permanecen siempre
En los procesos descritos, sólo las partículas cargadas eléctricamente producen
estelas en la cámara de burbujas
Las partículas cargadas positivamente están unidas por campos magnéticos
en el sentido de las agujas del reloj
Los campos magnéticos de las cargas negativas tienen la dirección opuesta
Los físicos quedan admirados con lo que observan
88

Los fenómenos naturales que suceden en nuestro entorno no tienen el poder
suficiente para la creación de partículas sólidas a partir de la energía
En estas interacciones, la creación de materia es bastante extraña,
pues interviene un fotón sin masa, pero con gran energía; esa energía
no es visible en la cámara de burbujas; súbitamente, el fotón sin masa
explota y genera un par de partículas cargadas eléctricamente: un
electrón y un positrón; estas colisiones son generadas artificialmente
en el laboratorio, mediante los aceleradores de partículas
En el macrocosmos la situación es diferente; en los centros de las estrellas
Hay colisiones parecidas a las que se producen en los laboratorios
Las estrellas crean cantidades colosales de partículas subatómicas
En algunas estrellas se produce una radiación electromagnética potente,
en forma de ondas de radio, ondas de luz o rayos X
Ése es el material que constituye la principal fuente de información que
tienen los astrónomos sobre el universo
El espacio entre las estrellas y el existente entre las galaxias, están llenos
de radiaciones electromagnéticas de diversas frecuencias
Esto es, de fotones con varias energías, pero éstas no son las únicas partículas
que viajan por el cosmos
¿A qué se denomina rayos cósmicos?
Son partículas cargadas que caen a la Tierra; al parecer la tierra recibe
1000 partículas por metro cuadrado, cada segundo
89

Los rayos cósmicos provienen, en su mayoría, de las Supernovas de nuestra
galaxia y están conformados por un 90% de protones
Por otro lado, el sol es también una fuente de rayos cósmicos
Cada segundo, el viento solar lanza, un promedio de 300 mil toneladas de
gas ionizado que sopla como un viento que envuelve el sistema solar
La existencia del viento solar fue predicha en 1958 por Eugene Parker de
la Universidad de Chicago; los físicos pudieron observar ese fenómeno
Los rayos cósmicos con más energía en sus partículas surgen en otras galaxias,
de agujeros negros, pulsares y otros similares
¿Y las auroras?
Son fenómenos especiales y se producen debido a que los rayos cósmicos
no se propagan en línea recta
Estos rayos cósmicos poseen carga eléctrica y sus trayectorias son afectadas
por el campo magnético de la Tierra
Cuando estos "rayos cósmicos", altamente energéticos, llegan a la atmósfera
de la Tierra, colisionan con los núcleos de las moléculas de aire
El confinamiento de esas partículas cargadas da origen a la emisión de luz
en la atmósfera polar
La luz así emitida se llama aurora boreal o aurora austral, es un espectáculo
maravilloso que ha fascinado a la humanidad desde épocas remotas
Un protón que llegue desde el cosmos a la atmósfera de la Tierra puede
dar origen a toda una serie de sucesos
90

La energía cinética se transformará en una lluvia de partículas absorbida a
medida que penetra en el aire, experimentando varias colisiones
Un continuo flujo de energía pasa por una gran variedad de modelos de
partículas, en una danza de creación y destrucción, en una danza cósmica
Los procesos de creación y destrucción en el mundo de las partículas sobrepasan
a las que pueden ser fotografiados en la cámara de burbujas
Al expresar su asombro ante estos movimientos de creación y destrucción
incesantes, los sabios llegan a conclusiones increíbles
Toda partícula subatómica no sólo realiza una danza de energía, sino que al
mismo tiempo es en sí misma una danza de energía
Un proceso perenne y pulsante de creación y destrucción
Por la Ley de la Relatividad, la energía utilizada en
la emisión y absorción de partículas virtuales es
equivalente a una cierta cantidad de masa
Esa masa contribuye a la masa de la partícula con la que interactúa; por
ello es que partículas diferentes tienen modelos diferentes de danza
Cada una necesita variadas cantidades de energía, lo que hace que todas y
cada tengan diferentes masas
Las Partículas Virtuales son una parte esencial de las interacciones y de las
propiedades de la mayor parte de ellas
Como las demás, son creadas y destruidas en los procesos de interacción
El mundo subatómico es de ritmo, movimiento y cambio continuo, pero no
es en absoluto arbitrario y caótico; sigue patrones claros y definidos
91

Todas las partículas de una especie dada son idénticas entre sí
Tienen exactamente la misma masa, la misma carga eléctrica y otras propiedades
que las identifican
Además, todas las partículas cargadas transportan cargas eléctricas exactamente
iguales (u opuestas) a la del electrón
-Profe, ahora el enigma y un ejemplo de la palabra bella
Va el enigma
En una caminata ¿cuál es el paso más corto?
(Silencio)
-el primero
(¿…?)
-hagan la prueba, observen cómo el primer paso recorre una distancia,
digamos de 70 cm el segundo paso debe igualar al primero, es decir recorrer
los 70 cm y para avanzar debe recorrer otros 70 cm y así con los demás
Estas pequeñas observaciones nos sirven en el proceso de percibir con
mayor probabilidad intuitiva los secretos del mundo físico
(Los alumnos hicieron la prueba y se convencieron de que el primer paso,
siendo el más importante, es el más pequeño)
Las leyendas y los mitos griegos son muy lindos
Vayamos a la Caja de Pandora
Es muy posible que la mayoría de ustedes conozca este mito, pero, al final
añadiremos algo que será un desafío colectivo
92

En Trabajos y días, Hesíodo indica que los hombres habían vivido hasta entonces
libres de fatigas y males, porque no había mujeres
Pandora habría sido la primera Mujer en la Mitología Griega; la tradición
cuenta que fue creada por orden de Zeus, «para castigar a los hombres»
Zeus ordenó a Hefestos, el dios del fuego, que modelara una imagen de arcilla
y que le concediera vida
Debía tener la figura semejante a la belleza de las musas
Mandó que Afrodita le otorgara gracia y sensualidad; Atenea le daría el dominio
de las artes del telar
Hermes le imbuiría la mentira, la seducción, un carácter inconstante y una
curiosidad incontrolable
Todo, para hacer de ella una especie de mal, pero bello
Un don que los hombres se alegraran al recibirlo, sin saber, supuestamente
que recibían un sinnúmero de desgracias
Por orden del iracundo Zeus, Hefestos entregó a Pandora una jarra para que
la hiciera llegar a su hermano, Apuñeteo
Le recomendó, muy especialmente, que no la abriera
Sabía que Pandora, por curiosidad, haría lo contrario
Efectivamente, Pandora no puede vencer su curiosidad y abre la jarra
Ésta contenía todos los males que desde entonces se desparramaron por el
mundo
El ánfora se cerró justo antes de que la Esperanza, que estaba en el fondo,
fuera liberada
Me gustaría preguntarles qué cosas extrañas encuentran en el Mito de Pandora
93

-es extraño que hubiera una época en la que, supuestamente, no había
mujeres
-los hombres, que vivían en paz, al parecer, no tenían curiosidad de nada
-Zeus era un dictador
-el mito de Pandora es algo machista
-sí; es muy posible que la moraleja del Mito de Pandora trate de poner
de relieve la curiosidad femenina
-¿Alguien más?...
-(¿…?)
El Mito de Pandora nos motiva a lanzar una pregunta urgente
¿Consideraban los griegos que la Esperanza era un mal, para que estuviera
junto con los otros males?
Por otra parte, se supone se queda encerrada para siempre en la famosa
caja y que el ser humano ya no tendría esperanza alguna
94

9
LAS SIMETRÍAS
El Spin
La mayoría de las partículas parecen girar en torno a un eje
Esa especie de rotación o espín está limitada a valores definidos,
que son múltiplos enteros de alguna unidad
La Tabla Periódica
Las partículas existen en grupos, en “familias”
Al clasificar estas partículas en conjuntos se descubrió que no tienen valores
arbitrarios; al contrario, están sujetas a un número concreto
Esto permite la ordenación de las partículas en unos cuantos grupos diferenciados
entre sí o "familias de partículas"
Al igual que las partículas subatómicas, los átomos de una clase determinada
también son completamente idénticos entre sí
Por eso fue posible que los tipos de átomos que conforman los elementos
químicos, fueron ordenados en grupos dentro de “La Tabla Periódica”
La clasificación se basa en el número de protones y neutrones que cada
clase de átomo tiene en el núcleo y en la distribución de sus electrones
También muestran que dos átomos serán idénticos cuando ambos estén en
su "estado básico" o en el mismo "estado de excitación" que ya vimos
Los modelos del mundo de las partículas muestran grandes similitudes con
los esquemas del mundo de los átomos
95

¿Qué es un objeto en la física moderna?
En la física clásica un objeto era un conjunto definido de "partes componentes",
pero ahora no puede ser aplicada a las partículas subatómicas
Para conocer los "componentes" de estas partículas, los físicos las desintegran,
bombardeándolas en procesos de colisión con altas energías
No obstante, al hacer esto, lo repetimos, los fragmentos resultantes nunca
son "trozos más pequeños" que las partículas originales
Por ejemplo, dos protones al colisionar entre sí, pueden desintegrarse en
una gran variedad de fragmentos, pero nunca darán "fracciones de protón"
La descomposición de una partícula en sus "componentes" no es algo definitivo,
dado que depende de la energía contenida la colisión
Estamos en una situación totalmente relativista, en la que los patrones de
energía dinámica son disueltos y reordenados
El concepto estático de objetos compuestos y partes componentes ya no
puede ser aplicado
La "estructura" de una partícula subatómica puede entenderse sólo en un
sentido dinámico; en términos de procesos e interacciones.
La forma en que las partículas se desintegran en fragmentos en los procesos
de colisión está determinada por reglas
Los fragmentos son partículas del mismo tipo, por lo que las reglas pueden
emplearse para describir las regularidades en esas partículas
96

Modelos de Cambio
Uno de los mayores desafíos que la física cuántica enfrenta, se refiere
a las razones por las que existen simetrías en el mundo
subatómico
El desafío incluye la necesidad de tomar en cuenta, simultáneamente, la
teoría cuántica y la teoría de la relatividad
Los patrones seguidos por las partículas parecen reflejar su "naturaleza
cuántica", dado que similares patrones se dan en el mundo de los átomos
Pero en la física de las partículas, estos modelos no pueden ser explicados
como modelos de onda, en el marco de la teoría cuántica
Las energías son tan elevadas que exigen aplicar la teoría de la relatividad
Sólo una teoría "cuántico-relativista" de las partículas, podría explicar las
simetrías observadas y pronosticar adecuadamente los comportamientos
La teoría del campo cuántico fue el primer modelo de este tipo; describió
las interacciones electromagnéticas entre los electrones y los fotones
A pesar de ello, resultó mucho menos apropiada para describir las partículas
vinculadas por una interacción fuerte
Los físicos decidieron que para entender esos procesos era necesario contar
con nuevos modelos de matemáticas
Únicamente las nuevas matemáticas, por medio de sus ecuaciones, podrían
describir de un modo dinámico la gran variedad de modelos
Estas "reacciones entre partículas", son esenciales de las interacciones
fuertes y necesitan ser explicados por un modelo cuántico-relativista
97

¿Qué es la Simetría, profe?
Una partícula es simétrica si luego de una interacción con otra, mantiene la
forma y propiedades que tenía antes de la interacción
La simetría se aplica a las partículas, a los grupos de partículas y a las interacciones
que lleva a cabo
Estas interacciones de simetría son útiles, porque están íntimamente relacionadas
con las llamadas "leyes de conservación"
Cualquier proceso en el mundo de las partículas sucede con algún grado
de simetría y genera una cantidad que "se conserva"
Esa cantidad permanece inalterable durante el proceso y proporciona
elementos constantes a la vibrante danza de la materia subatómica
Por ello son ideales para describir las interacciones entre las partículas
Las simetrías que se dan en las propiedades de las partículas aparecen
como leyes de conservación en sus interacciones
Los físicos utilizan ambos conceptos como sinónimos, refiriéndose unas
veces a “la simetría de un proceso” y otras a “la ley de conservación”
Lo hacen según sea lo más conveniente en cada caso particular
¿Qué es la Ley de la Conservación?
Todas las interacciones entre partículas son simétricas con
relación a sus desplazamientos en el espacio
98

16TUn16T 16Tquark16T
te16T
Los q16Tuarks16T 16Tse combinan para formar16T 16Tpartículas compues-
16Thadrones16T, las16T estables16T 16Tde los cuales son16T protones y
tas16T 16Tllamados16T
más
16Tlos
Es decir, tendrán el mismo aspecto, indistintamente del lugar en el que
sucedió la interacción correspondiente
También son simétricas con respecto a sus desplazamientos en el tiempo
La simetría en el espacio está relacionada con la conservación del momento,
la simetría en el tiempo, con la conservación de la energía.
El momento y la energía total de las partículas en una interacción, incluyendo
sus masas, será el mismo antes y después de la interacción
La tercera simetría básica se define con relación a la orientación espacial
En una colisión de partículas, no hay diferencia si las partículas colisionantes
se aproximan una a la otra en un eje orientado norte-sur o este-oeste
Por esta simetría, la cantidad total de rotación en un proceso, que incluye
los espines de las partículas individuales, se conserva permanentemente
Por último, tenemos la conservación de la carga eléctrica
En este caso, el funcionamiento de la simetría es más complicado, pero en
su formulación como ley de conservación es muy simple
La carga total transportada por todas las partículas contenidas en una interacción
permanece siempre constante
Queremos saber qué son los quarks
es 16Tuna partícula elemental16T 16Ty,
16Tfundamental de la materia
a
su vez,16T 16Tun
componen-
los16T 16Tneutrones16T
99

29TPlanck29T,
16Tlos
nú-
Recordemos que los protones y neutrones son 16Tlos componentes16T
cleos atómicos16T
16Tde los
16TDebido a16T 16Tun fenómeno conocido como16T “16Tconfinamiento16T 16Tde
quarks 16Tno16T 16Tse observan16T 16Tdirectamente
color”16T,
los
P16Tor esta razón16T, gran parte de 16Tlo que se conoce16T 16Tacerca de16T quarks16T 16Tse
ha16T 16Testablecido16T 16Ta partir de observaciones16T 16Tindirectas de otras partículas
En su obra, “Historia del Tiempo”, Hawking, al referirse a estas nuevas
partículas, hizo una analogía con las muñecas rusas o 8Tmatrioskas
8TC8Tada muñeca contiene a otra más pequeña…, así sucesivamente, hasta llegar
a la última más pequeña; pero lo quarks no son indefinidos
Si el proceso siguiera indefinidamente, la partícula tendría una cantidad de
energía tan enorme que ya habría destruido el espacio-tiempo
¿Podemos saber que es la Constante de Planck?
El límite de la energía es la 29Tconstante29T 29Tde29T un valor numérico
fijo que aparece en las ecuaciones de física cuántica
El valor es tan diminuto que, si una partícula tuviera un tamaño más pequeño
que ese valor, colapsaría sobre sí; eso es lo que se creyó
Pero hay modernas teorías que permiten analizar regiones aún más pequeñas
y que son otros modelos de física, tal como la 29Teoría de Cuerdas
Abordaremos el tema de la Teoría de Cuerdas un poco más adelante
Los quarks estarían unidos por fuerzas de atracción muy grandes
El esquema quark continúa siendo eficiente para explicar las regularidades
halladas en el mundo de las partículas
En el modelo original de Gel-Mann, todos los hadrones podrían estar constituidos
por tres clases de quarks y sus respectivos antiquarks
100

Los Colores, el Encanto y el Sabor
A pesar de ello, los físicos han tenido que postular quarks adicionales para
explicar la gran variedad de patrones
La primera extensión de este modelo, determinó que cada quark apareciera
en tres variedades diferentes, o "colores"
El término “color” es un vocablo cuyo significado no guarda relación alguna
con la definición real de lo que es un color
La introducción del “color” aumentó el número total de quarks a nueve;
luego se postuló un quark adicional, que aparecía en tres colores
Este nuevo quark fue denominado "charm" (encanto) lo que elevó el número
total de quarks a doce: cuatro clases, cada una de ellas en tres colores
Cuando se hizo necesario distinguir los tipos de quarks de los diferentes
colores, los físicos no tardaron en introducir un término para ello
Ese término fue "sabor"; ahora hay quarks de diferentes colores y sabores,
tal como los helados en las heladerías; todo figurado por supuesto
¿Y la Matriz-S?
Fue una propuesta hecha por Heisenberg en 1932 y desarrollada desde
entonces a partir de estructuras matemáticas
La matriz-S parece muy adecuada para describir las interacciones fuertes y
se refiere a los procesos de “colisión o dispersión"
101

En la teoría de la Matriz-S, el énfasis pasa de los objetos a los sucesos
El objeto principal no son las partículas, sino sus reacciones
La teoría cuántica ha dejado claro que una partícula subatómica puede ser
entendida sólo en una interacción entre varios procesos de medición
No es un objeto aislado, sino más bien un acontecimiento, un suceso, que
se interrelaciona con otros sucesos de un modo particular
En palabras de Heisenberg:
(En la física moderna) hemos dividido el mundo no en diferentes grupos
de objetos, sino en grupos distintos de conexiones... Lo que podemos distinguir
es el tipo de conexión más importante para un cierto fenómeno...
De este modo el mundo aparece como una complicada telaraña de sucesos,
donde conexiones de diferentes especies se alternan, se trasladan o se
combinan, determinando así la textura de la totalidad.
La teoría de la relatividad obliga a concebir las partículas en términos espaciotemporales,
es decir, como modelos cuatridimensionales
También como procesos más que como objetos; el enfoque de la matriz-S
combina estos dos puntos de vista en uno solo
Cada reacción incluye partículas que las une a otras reacciones, edificando
de este modo toda una red de procesos sobre la base de las interacciones
Así, las reacciones entre las partículas representan un flujo de energía en
el cual se crean y se disuelven partículas
Son fenómenos tan efímeros que los físicos se mostraron poco dispuestos a
clasificarlos como partículas
Al presente, la identificación de sus propiedades es un desafío y una de las
mayores tareas de la física experimental de las energías altas
Todas las partículas son consideradas como estados intermedios de una
red de reacciones
102

En la teoría de la matriz-S, al igual que en la teoría del campo, las fuerzas
de interacción están asociadas con las partículas
Las fuerzas de interacción nos permiten deducir que todas las partículas
conocidas deben tener algún tipo de estructura interna
Sólo así podrán relacionarse con el observador y ser detectadas
Geoffrey Chew, uno de los principales constructores de la teoría de la matriz-S
dice al respecto
"… el simple conocimiento de la existencia de una partícula, implica que
la partícula posee estructura interna.
El desafío actual de la teoría de la matriz-S, es explicar las simetrías que
dan origen a los modelos de interacción y a las leyes de conservación
¿A qué se refieren las variables locales?
En la física clásica, la probabilidad se emplea cuando se desconocen
detalles implícitos en un fenómeno
Por ejemplo, cuando tiramos los dados, podríamos en principio, predecir
el resultado, si conociésemos todos los detalles mecánicos de la operación
La composición exacta de los dados, de la superficie sobre la que caen…
Estos detalles reciben el nombre de Variables Locales porque están dentro
de los objetos implicados
En la física subatómica las variables locales están representadas por conexiones,
a través de señales, entre eventos separados espacialmente
Se creía que ninguna señal podía transmitirse más rápidamente que la velocidad
de la luz; pero hay nuevos descubrimientos en las conexiones
103

Estos descubrimientos encontraron “Las Variables no Locales”
Las Variables No-locales
No son conexiones locales; más bien son conexiones instantáneas
y no pueden predecirse, en el momento actual,
ni aún con un modelo matemático
Estas conexiones no locales son consideradas por algunos físicos como la
misma esencia de la realidad cuántica
En la teoría cuántica los fenómenos individuales no siempre tienen una
causa bien definida; v. g, el salto de un electrón de una órbita a otra
También la desintegración de una partícula subatómica puede ocurrir de
forma espontánea, sin causa alguna que los provoque
No es posible predecir cuándo y cómo va a suceder tal fenómeno; todo lo
que se predice es la probabilidad de que suceda
Pero es preciso anotar que los sucesos atómicos no ocurren de una manera
arbitraria, aunque no son provocados, necesariamente, por causas locales
El comportamiento de cualquier parte está determinado por sus conexiones
no locales con el conjunto
Dado que los físicos no conocen estas conexiones con precisión, tienen
que sustituir el estrecho concepto clásico de causa y efecto
Ahora, las leyes de la física atómica son leyes estadísticas
¿Algo más antes de terminar la clase?
-sí profe, nos gustaría tratar de resolver otro acertijo del pensamiento lateral
-aquí va
¿Qué es aquello que no se mueve, pero penetra tu cuerpo
no llega a tu alma porque es gran amigo del hielo?
104

(Los alumnos van proponiendo soluciones y, simultáneamente, ellos mismos
las descartan, en el marco del pensamiento lateral)
-el aliento de un dragón
-el soplo de un murciélago inmenso
-el veneno de una víbora
-los rayos cósmicos
-una triste noticia, aunque no es necesariamente amiga del hielo
-un pensamiento tridimensional
-creo que debe ser algo que entra con el aire, necesariamente
-siendo amigo del hielo, debe ser algo helado
-no lo vemos y es amigo del hielo, por lo tanto, lo único que puede reunir
los requerimientos anotados, sería el frío
Ésa es la respuesta y la obtuvieron tal como el pensamiento lateral dispone:
compartir las ideas y empezar por las más absurdas; recuerden que los
físicos consideran absurdas las respuestas que les da la naturaleza cuando
le preguntan algo; el pensamiento lateral les servirá a ustedes para familiarizarse
con el absurdo como punto de partido y de allí arribar a una solución
lógica.
En lo que se refiere a la belleza de la palabra, voy a citarles dos fragmentos
de la obra de William Shakespeare “Julio César”
Luis Astrana Marín tradujo todas las obras de Shakespeare, las que fueron
publicadas por la Casa Editora “Aguilar” y las que son mis preferidas
Algunos personajes de la obra creen que Julio César tiene la intención de
proclamarse Dictador, por lo que conspiran para matarlo
Se trata ahora de justificar el crimen
Bruto, el líder de la confabulación, se dirige a la multitud que rodea el
cuerpo asesinado de Julio César para explicar el porqué del hecho
105

Les recomiendo que pongan atención a la belleza del lenguaje, aun tratándose
de una traducción de la obra, desde su idioma original
Un ciudadano dice: el noble Bruto ha subido a la tribuna ¡Silencio!
(Bruto toma la palabra)
Oídme defender mi causa y guardad silencio para que podáis oírme
Si hubiese en esta Asamblea alguien que profesara entrañable amistad a César,
a él le digo que el afecto de Bruto por César no era menos que el suyo
Si esa persona preguntara porqué Bruto se alzó contra César, esta es mi contestación:
“no porque amaba a César menos, sino porque amaba a Roma más
¿Preferirías que César viviera y vivir todos esclavos a que esté muerto César y
todos vivir libres?
Porque César me apreciaba, le lloro; porque fue afortunado le celebro; como
valiente le honro pero, por ambicioso, lo mato
Lágrimas hay para su afecto; júbilo para su fortuna; honra para su valor,
muerte para su ambición
¿Quién hay aquí tan abyecto que quera ser esclavo? ¡Si hay alguien, que hable,
pues a él he ofendido!
¿Quién hay aquí tan estúpido que no quiera ser romano?
¡Si hay alguno que hable pues a él he ofendido! ¿Quién hay aquí tal vil que no
ame a su patria? ¡Si hay alguien, que hable, pues a él he ofendido
Todos responden: ¡Nadie Bruto, nadie!
Entonces a nadie he ofendido ¡No he hecho con César sino lo que vosotros
haríais con Bruto; los motivos de su muerte están escritos en el Capitolio;
su gloria no se amengua en cuanto la merecía, ni se exageran sus ofensas
por las cuales ha sufrido la muerte
106

(En ese momento aparece Marco Antonio ayudando a traer el cuerpo de
Julio Cesar)
Bruto dice:
Aquí llega su cuerpo que, doliente, trae Marco Antonio, quien, aunque no
tomó parte en su muerte, percibirá los beneficios de ella, o sea, su puesto
en la República
Me despido; al igual que he muerto a mi mejor amigo por la salvación de
Roma, tengo el mismo puñal para mí, cuando plazca a mi patria, necesitar
mi muerte
(Todos)
¡Viva Bruto! ¡Viva, viva! Conduzcámoslo hasta su casa
Bruto les dice: queridos compatriotas, dejadme marchar solo y, en obsequio
mío quedaos aquí con Antonio; honrad el cadáver de César y escuchad la
apología
(Se quedan y murmuran: lo mejor sería que no hablara mal de Bruto)
Marco Antonio habla:
¡Amigos romanos, compatriotas, prestadme atención!
¡Vengo a inhumar a César, no a ensalzarlo
¡El mal que hacen los hombres les sobrevive!
¡El bien queda sepultado con sus huesos!
(En ese momento, el profe calla; los alumnos le piden que continúe con el
discurso de Marco Antonio, entonces el profe les dice)
Para averiguarlo, no tienen más que ir a las Obras Completas de Shakespeare,
traducción de Luis Astrana, Editorial Aguilar (La clase termina)
107

10
LA MAGIA CÓSMICA
Mientras que las variables ocultas en la física clásica son mecanismos locales,
las de la física cuántica son no-locales
Son conexiones instantáneas con el universo y en el universo
Es necesario insistir en el hecho de que uno de los fenómenos
más sorprendentes de las partículas subatómicas
es que se pueden relacionar entre ellas a grandes
distancias y de manera instantánea
Las conexiones no locales se hacen instantáneamente entre dos partículas,
independientemente de la distancia que las separa
A medida que la observación se orienta hacia dimensiones subatómicas, la
influencia de las conexiones no locales se hace más fuerte
Cada vez se hace más difícil separar cualquier parte del universo de su
propia totalidad
La existencia de conexiones no locales, y el papel fundamental jugado por
la probabilidad, fue algo que Einstein nunca pudo aceptar
Einstein creía en la existencia de Variables Locales Ocultas
En su debate con Bohr en la década de 1920, Einstein expresó su oposición
a la interpretación de Bohr sobre la teoría cuántica con su frase:
"Dios no juega a los dados con el universo"
Finalizado el debate, Einstein admitió que la teoría cuántica, defendida por
Bohr y Heisenberg, formaba un sistema de pensamiento consistente
108

¿Qué hay del experimento EPR y las variables ocultas?
En una intención adicional de mostrar que la interpretación
de Bohr sobre la teoría cuántica era incongruente, Einstein
ideó un experimento
Fue conocido, como el experimento Einstein Podolskv-Rosen (EPR)
Se intentaba medir, simultáneamente, el momento y la posición de una partícula
sin observarla directamente, para no contaminar el resultado
En 1935 Albert Einstein postulaba que objetos del universo están influidos
sólo por su entorno más próximo, o bien por ‘variables ocultas’
Según su percepción, esas “variables ocultas” las relacionarían si los objetos
sujetos al experimento estuvieran más lejos
Einstein no aceptaba el hecho de que dos objetos muy distanciados pudieran
comunicarse entre sí de forma instantánea
Fiel a su teoría, afirmaba que no podía haber transmisión alguna de información
a velocidades superiores a la de luz.
En 1964, John Bell propuso demostrar que el planteamiento cuántico está
en lo cierto, que las variables ocultas de Einstein no existen
Los experimentos fueron realizados con dos electrones separados más de
un kilómetro en el campus de su universidad
Los resultados mostraron la existencia de una conexión invisible e instantánea,
es decir, se demostraron que la transferencia inmediata es real
¿Los electrones se entrelazan?
109

El experimento del que hablamos en el capítulo anterior entrelazó dos
electrones atrapados en dos diamantes
Cada uno estaba alejado del otro por una distancia de 1280 m
Registraron la orientación de su spin y descubrieron que el entrelazamiento
es una propiedad cuántica que “pone de acuerdo’ a las partículas”
Fue imposible que hubieran tenido “orientaciones preestablecidas”, como
Einstein había sugerido
No hubo tiempo para que los electrones pudiesen transmitir información
entre ellos, ni siquiera con una señal viajando a la velocidad de la luz
Esto puso en duda el denominado "realismo local" de Einstein
Creía que dos objetos alejados no podían interactuar entre sí; solamente
podrían hacerlo en forma individual con su entorno inmediato
A pesar de la opinión de Einstein, las orientaciones de los electrones estudiados
son reales
Estas partículas se han comunicado de alguna manera, y lo han hecho a una
velocidad mayor que la luz
Por ejemplo, la cantidad de espín es siempre la misma, pero el electrón
puede girar en sentido de las agujas del reloj o, al contrario
¿De qué trataba el experimento EPR?
Una vez entendido el comportamiento del espín del electrón, podemos
examinar el experimento EPR y el teorema de Bell
110

En el experimento intervienen dos electrones rotando en
direcciones opuestas, para que su espín total sea cero
Las direcciones de los espines individuales no se conocen
con seguridad, pero el espín combinado de ambos electrones
es definitivamente cero
Ahora, supongamos que estas dos partículas son impulsadas por separado
A medida que se alejan en direcciones opuestas, su espín combinado seguirá
siendo cero, no importa la distancia
Dicen que las partículas pueden comunicarse instantáneamente,
sin importar las distancias
Un aspecto importante del experimento es el hecho de que la distancia entre
las dos partículas puede ser extraordinariamente grande
Una partícula puede estar en América y la otra en Europa; inclusive, una en
nuestro planeta y la otra en la Luna
Supongamos ahora que el espín de la partícula A es medido a lo largo de
un eje vertical y lo percibimos "arriba"
Dado que el espín combinado de las dos partículas es cero, esta medición
nos dice que el espín de la partícula B debe estar "abajo"
Así pues, al medir el espín de la partícula A, obtenemos una medición indirecta
del espín de la partícula B sin perturbar ninguna partícula
El aspecto complementario del experimento EPR es que el observador es
libre de elegir el eje de medición sin transformarlo
Al lograr una transformación en una partícula observa el efecto en la otra
111

La teoría cuántica establece que las rotaciones de los dos electrones alrededor
de cualquier eje serán siempre opuestas
Una vez que el observador elija un eje determinado y realizado la medición,
este acto dará a ambas partículas un eje determinado de rotación
El punto crucial es que podemos elegir nuestro eje de medición en el último
minuto, cuando los electrones están ya muy separados
Realizada la medición sobre la partícula A, la partícula B, que puede estar
muy alejada, adquirirá un espín definido a lo largo del eje
Dicen que las partículas pueden comunicarse como los
enamorados
¿Cómo sabe la partícula B qué eje hemos escogido? no existe el tiempo
para que reciba esa información mediante ninguna señal convencional.
Este es el punto clave del experimento EPR, y en lo que Einstein difería
Según Einstein, ninguna medición efectuada en un electrón puede determinar
instantáneamente la dirección del espín del otro electrón
Consecuente con su teoría, afirmaba que ninguna señal podía viajar a mayor
velocidad que la de la luz
Sería imposible que la medición en un electrón determinara instantáneamente
la dirección del espín del otro electrón a miles de kilómetros
Por su parte, Bohr postula que el sistema bi-partícula forma un todo indivisible,
aunque estas partículas se hallen separadas por una gran distancia
Aunque los dos electrones estén muy separados en el espacio,
estarán unidos por conexiones instantáneas no-locales
112

Ese todo no puede ser analizado en términos de partes independientes
Estas conexiones no son señales en el sentido de Einstein; trascienden
nuestras ideas convencionales sobre la transferencia de información
El teorema de Bell apoya la postura de Bohr y refuta a la de Einstein
El teorema de Bell demuestra que el universo está fundamentalmente interconectado,
que es interdependiente e inseparable
¿Algún otro problema adicional con el fenómeno de entrelazamiento
a grandes distancias?
Uno de los problemas por resolver es la unificación de la teoría cuántica y
la teoría general de la relatividad, en una teoría cuántica de la gravedad
Queda claro que los progresos realizados en las teorías de la "supergravedad"
pueden representar un paso hacia la solución de este problema
Estas teorías han venido a sustituir la idea de las partículas, como objetos
básicos, por el concepto mucho más sutil de los campos cuánticos
No obstante, tratan también con entidades básicas, por lo que, en cierto
sentido, son teorías semiclásicas
Teorías que no manifiestan la naturaleza cuántico-relativista de la materia
subatómica en toda su extensión
El bosón de Higgs
El bosón de Higgs es una partícula que permite conocer el mecanismo por
el cual se originan la masa de las partículas elementales
Es la partícula asociada al “campo de Higgs”, campo continuo que se extiende
por el espacio formado por incontables bosones de Higgs
113

La masa de las partículas sería el resultado de una "fricción" con el campo
de Higgs: las partículas con una mayor fricción tendrán una masa mayor
Los físicos teóricos afirman que el bosón de Higgs era
la pieza que faltaba por descubrir en el Modelo Estándar
de Física de Partículas
Es precios anotar que el Modelo Estándar de la Física de Partículas es la
teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones
Antes del bosón de Higgs, no se podía explicar el origen de la masa
Sin masa, el Universo sería un lugar muy diferente: si el electrón no tuviera
masa no habría átomos y la materia no existiría
El bosón de Higgs no puede ser observado directamente, ya que su proceso
de desintegración es inmediato
El bosón es producido en aceleradores de partículas y reconstruido a partir
de las partículas producidas en su desintegración
Según la ecuación de Einstein, la energía y la masa pueden transformarse
entre sí, por lo que se construyeron aceleradores más poderosos
El objetivo de esos aceleradores fue producir partículas más pesadas
Después de varias décadas de investigación, en 2012 se anunció del descubrimiento
de la nueva partícula pronosticada por el bosón de Higgs
Esta nueva partícula tiene 134 veces la masa del protón y es el bosón (partícula
portadora de fuerza) más pesado observado hasta ahora
El descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC ha tenido una extraordinaria
repercusión, que va más allá de las fronteras de la física
El hallazgo sería uno de los más importantes de las últimas décadas, por
méritos de los Nobel en 2013: Peter Higgs, François Englert y el CERN.
114

¿Qué es el LHC?
Es el Gran Colisionador de Hadrones, al que se lo conoce por LHC, debido
a las siglas en inglés de: Large Hadron Collider
Es el mayor acelerador de partículas del mundo
Tiene un túnel de 27 km de circunferencia
Fue diseñado para colisionar conjuntos de protones y establecer la validez
y límites del Modelo Estándar, marco teórico de la física de partículas
En los experimentos, los físicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas
CERN, hacen chocar entre sí partículas subatómicas
Principalmente protones, que son uno de los nucleones del átomo; las colisiones
se dan en puntos seleccionados donde se ubican detectores
Dentro del Colisionador los protones son acelerados en sentidos opuestos
hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz
Luego se los hace chocar entre sí
La colisión produce energías muy grandes y permiten simular algunos
eventos ocurridos inmediatamente después del Big Bang
Luego se lo hace enfriar hasta 2 grados por encima del cero absoluto, esto
es, -271.15 grados Celcio
La temperatura del cero absoluto es -273.15
Los físicos realizan estudios sobre los modos en que se produce el bosón
de Higgs en el LHC y cómo se desintegra en otras partículas más ligeras
115

Aproximadamente solo en una de cada billón de colisiones del LHC se
puede llegar a producir un bosón de Higgs
¿Qué es el Pentaquark?
Es una nueva forma de materia descubierta en 2015, por el laboratorio europeo
de física de partículas CERN
Habían descubierto una nueva partícula: el pentaquark cuyo nombre deriva
del hecho de estar compuesto de cinco partículas fundamentales.
A nivel subatómico, la materia se organiza de diferentes maneras
Los protones y los neutrones, por ejemplo, están formados por tres quarks
Otro tipo de estructura identifica a los mesones, formados por pares de
quarks hechos de materia y antimateria
Más allá de estas dos categorías, se sabía que la materia podía estar compuesta
de otras variantes no observadas
El experimento permite encontrar una nueva variante formada de cuatro
quarks de materia convencional y un antiquark, hecho de antimateria
Guy Wilkinson nos hace saber que vieron un pico en las gráficas muy parecido
al que se veía cuando el bosón de Higgs fuera descubierto
Hasta el momento, las propiedades de la partícula descubierta parecen
compatibles con las predicciones del Modelo Estándar
Cierto que aún es pronto para descartar otras teorías como supe simetría
que predice la existencia no de uno, sino de varios bosones de Higgs
En cualquier caso, el descubrimiento abre una nueva puerta a la comprensión
de otras preguntas fundamentales de la Física
116

Otro hallazgo importante fue el de la Teoría de Cuerdas es uno de los modelos
más importantes de la física teórica actual
¿Qué les parece la Física Cuántica? ¿Creen que algún día uno o varios de
ustedes se dedicarán a la Física Cuántica o a la Astrofísica?
-yo pienso ser Físico Cuántico
-yo seré Astrofísica algún día
(Varios alumnos expresan su deseo de ser, algún día, los continuadores de
Hawking, Einstein, Borh, Heisenberg…)
Queridos alumnos, ahora pasaremos a resolver algunos problemas que
Edward Bono, el creador del pensamiento lateral, nos plantea
Para esto, es necesario que dividamos el curso en 5 grupos de cuatro
(Los alumnos conforman los cinco grupos)
Fíjense en las siguientes figuras geométricas: ¿Qué ven?
1
+
1 ¡Un Cuadrado!
2
Ahora tratemos con las siguientes figuras
1 2 + 3
117

Esta vez los grupos tardan menos en llegar a la solución
De tal manera que todos muestran el resultado
1 2 3 ¡Un Rectángulo!
Como de costumbre, lo hicieron muy bien; en las próximas clases seguiremos
la resolución de problemas planteados por Edward Bono
-Profe: falta la palabra bella
En el mar de las orillas sin fin, las aguas son azules de hierro, las olas se encabritan
ante la fuerza terrible de algún cuázar
Un témpano de fuego barloventa a sotavento; contravira la inminente zozobra;
no hay llamas que se prendan de llamas, su fuego es quedo de rojo
Con la textura de la espuma del acero; todas las tempestades huracanan en
sus órbitas; el tifón de los mares danza con el simún del desierto
El corazón del cosmos late, late una esperanza, cuando libre al viento
De pronto, una gotita de agua anuncia su presencia en el maremagnun de
fuerza y de Misterio: ¡Es una lágrima…!
¡Es una lágrima! de gratitud lanzada por algún humano en proceso
Clarísima brilla en la tormenta de las olas infinitas
El corazón del Cosmos palpita; Cada pálpito crea un nuevo universo
¡Una lágrima en el centro del Cosmos!
El témpano llora como un diamante de fuego
Díganme: ¿Aparte del lenguaje, encuentran un sentido al párrafo?
118

-sí, profe; es la expresión de extrañeza que los humanos sienten al encontrar
un corazón sincero
No hay nada que hacer: ustedes son lo máximo
11
LA TEORÍA DE CUERDAS
La teoría de cuerdas surgió a finales de los 60; sólo llamó la atención de
unos pocos y nadie la tomó en serio
Pero desde los 80, se ha hecho cada vez más conocida y más aceptable en
el mundo académico de la Física Moderna, o cuántica, que es lo mismo
El modelo estándar, que es el nombre del esquema de la física actual, sigue
planteando muchos interrogantes
La teoría de cuerdas parece dar algunas respuestas
El problema es que, con los medios de que se dispone, es imposible comprobar
la teoría, por lo que no todos los científicos la aceptan
Existen diversas teorías sobre la naturaleza y funcionamiento del Cosmos
La teoría de cuerdas postula que las partículas más
más pequeñas son filamentos de energía; una especie
de cuerdas que vibran
Cada tipo de vibración produciría un tipo u otro de
partícula
119

Esas vibraciones tendrían cualidades distintas, tal como las vibraciones de
las cuerdas de un chelo, que producen distintas notas
Las cuerdas serían muchísimo más pequeñas que un quark, por eso no sería
posible observarlas directamente
Pero pueden ser deducidas matemáticamente
Hoy se cree que la materia del universo no está hecha de pequeñas partículas,
sino que está formada de pequeñísimas cuerdas
Las partículas de materia serían cuerdas muy pequeñas
De acuerdo con esta teoría, el electrón no es un punto, más bien es
una cuerda en forma de lazo que vibra y se desplaza de un sitio a otro
La vibración de la cuerda nos permitiría ver un electrón, un mesón un
quark, o cualquier otra partícula
Las notas emitidas por la cuerda variarían en función de la frecuencia de
vibración, al igual que la vibración de una la cuerda musical
Con la teoría de cuerdas se espera lograr una teoría unificadora de todas
las teorías de la física del universo
Sería la teoría del todo; por lo que la teoría de las cuerdas debía explicar
primero el nacimiento del universo
Esta teoría termina con el concepto clásico del punto-partícula
Ahora, queridos alumnos, haré una digresión muy importante
Hay ocasiones en que las teorías de los filósofos antiguos nos llenan de una
sensación muy sólida de asombro y de curiosidad
Por ejemplo, la teoría de cuerda actual, tiene un antecedente en la percepción
de un gran filósofo-matemático griego que ustedes conocen muy bien
120

10TSe trata de Pitágoras 10T(573-496) ustedes conocen el famoso teorema: el cuadrado
de la hipotenusa es igual a la suma del cuadrado de sus catetos
Según Protágoras La Naturaleza estaría escrita en números; el 10 era el
número perfecto; habría 10 cuerpos alrededor del fuego central
(Sin duda el sistema planetario)
Deducía que debía existir otro fuego, la Anti-Tierra que
sugiere el de la anti-materia de la Física actual
De las relaciones matemáticas y la escala musical dedujo la “música de las
esferas», sonidos que serían emitidos por los cuerpos celestes
La armonía del Universo consistiría en el orden de los cuerpos celestes separados
por intervalos armónicos, unos de los otros
Estos intervalos eran equivalentes a los de las cuerdas armónicas de los
instrumentos musicales
10TNo hay necesidad de insistir en la semejanza de una visión actual, la teoría
de cuerdas, y una de hace 2500 años, sobre “la música de las esferas”
La teoría de cuerdas postula que una cuerda puede moverse
y puede oscilar de diferentes maneras
Si oscilara de cierta manera, entonces identificaríamos, v.g,
un electrón; si oscilara de otro modo, veríamos un fotón o un quark
La teoría fue ampliada con la de las “Supercuerdas” o la Teoría M, cuyo
postulado también se aleja de la concepción punto-partícula
Jöel Scherk y John Henry Shwarz publicaron, en 1974, un artículo audaz
121

Postularon que una teoría basada en objetos unidimensionales o "cuerdas"
en lugar de partículas puntuales, podía describir la fuerza gravitatoria
Es una de las teorías que ofrece mayores expectativas de unificar las cuatro
grandes fuerzas de la Naturaleza
¿Qué dice la Teoría de las Supercuerdas?
La teoría de súper cuerdas es un esquema teórico que intenta
integrar todas las partículas y fuerzas de la naturaleza en una sola teoría
Modela las partículas y campos físicos como vibraciones de delgadas
cuerdas súpersimétricas
Esas cuerdas se mueven en un espacio-tiempo de más de 4 dimensiones
La teoría de las súpercuerdas comprende cinco teorías de cuerdas combinadas,
más la Supersimetría
La “teoría de cuerdas” y la de “súper cuerdas” se usan indistintamente
Lo importante es el postulado de que las partículas son cuerdas que vibran
en una resonancia dentro de la frecuencia de la longitud de Planck
En esas dimensiones, el gravitón sería una cuerda con spin y una masa nula
Ya se ha podido probar que varias de estas formulaciones son equivalentes
y tras todas ellas podría existir una teoría unificada o Teoría del Todo
¿Qué sería entonces, la Súpersimetría?
La Súpersimetría postula la existencia de pares de partículas
gemelas
122

Dado que se cree que las cuatro fuerzas estuvieron unidas al comienzo del
universo, la súpersimetría intenta explicar el porqué de la separación
Por eso es que forma parte de la Teoría del Todo
La teoría postula que a cada partícula le corresponde una compañera supersimétrica;
por ejemplo, un bosón tendría como simétrica al fermión
Las partículas supersimétricas de los fermiones serían bosones y reciben
nombres que comienzan con la letra s
La súper compañera del electrón sería el selectrón, y los quarks tendrían a
los squarks
Las super compañeras de los bosones son fermiones con nombres que
terminan en -ino, así la del fotón es el fotino y la del gravitón, el gravitino
Los físicos teóricos dicen que algunas partículas supersimétricas, como el
neutralino, podrían explicar la existencia de la materia oscura del universo
La Teoría de la gran unificación y de la Teoría de supercuerdas, asumen los
principios de las supercuerdas y por ello, con las supersimétricas
Según el modelo estándar de la física de partículas, la materia está formada
por fermiones (a su vez divididos en quarks y leptones)
Las partículas que transmiten las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza
serían los bosones
Algunas partículas supersimétricas, como el neutralino, podrían explicar la
existencia de la materia oscura del universo
Por otra parte, la mayoría de las teorías postula que la Teoría de la gran
unificación y de la Teoría de supercuerdas, son supersimétricas
A pesar de los argumentos teóricos, hasta ahora no se ha podido demostrar
experimentalmente que la supersimetría exista en la naturaleza
123

49TNo se
ha observado aún ninguna super compañera de alguna partícula
La Teoría M
Las cinco teorías de cuerdas y super cuerdas serían casoslímite
particulares de esta teoría unificada, a la que se conoce
como Teoría M
Postula que cierta vibración de cuerdas daría lugar a una partícula llamada
gravitón, que sería la responsable de la gravedad
De esta forma unificaría la gravedad con las otras fuerzas de la naturaleza,
algo que hasta ahora el modelo estándar no ha podido lograr
Las cuerdas más grandes formarían una especie de membranas o branas;
cada membrana sería un universo
El choque entre dos branas produciría un nuevo Big Bang y, como resultado,
un nuevo universo; el nuestro sería sólo uno entre muchos
No habría comienzo ni final, sino ciclos entre un big bang y el siguiente
La teoría postula la existencia de 10 dimensiones espaciales y una temporal,
las que estarían en las propias cuerdas, y por eso no las percibiríamos
Arthur Eddington decía que el mundo no sólo es más extraño de lo que
imaginamos, es, incluso, más extraño de lo que podemos llegar a imaginar
La teoría-M admite también branas de dimensión superior o "p-branas"
Se moverían en un espacio matemático que
postula una dimensión temporal, tres dimensiones
espaciales ordinarias y siete dimensiones
compactadas
124

Todas son inobservables en la práctica; pero los físicos teóricos dicen que
la teoría p-branas puede explicar la existencia de universos paralelos
Vimos que una simetría es una propiedad física o matemática de un sistema
que es preservado después de una transformación
La Teoría M intenta explicar, a la vez, todas las partículas subatómicas y
unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza
La teoría concibe el universo como conjuntos de cuerdas vibrantes y es
una versión de la teoría de cuerdas que incorpora la super simetría
Lo dijimos ya, el principal problema de la física actual es incorporar la
gravedad al resto de las fuerzas físicas ya unificadas
La teoría de las super cuerdas podría unir las teorías
¿Qué dice la teoría del Agujero de Gusano?
Los físicos cuánticos tienen un gran sentido del humor,
ya lo comprobamos en el uso de sabor, color, encanto
para diferenciar a las familias de partículas
El nombre de agujero de gusano fue propuesto en 1957, por el físico teórico
estadounidense John Wheeler y se deriva de una analogía
Supongamos que el universo es la cáscara de una manzana y un gusano
peregrina sobre su superficie
La distancia de un punto de la manzana a su antípoda es igual a la mitad de
la circunferencia de la manzana
Si el gusano cavara un agujero directamente a través de la manzana, la distancia
que tendría que recorrer sería mucho menor
Los agujeros de gusano conectarían una posición de un universo con otra
posición del mismo universo en un tiempo diferente
125

Lo harían debido al doblamiento del universo
De esta manera se podría viajar entre ellas en un tiempo mucho menor que
el que tomaría hacer el viaje a través del espacio normal
Los agujeros de gusano que asocian un universo con otro diferente, se denominan
«agujeros de gusano de Schwarzschild»
Quizá en el futuro los agujeros de gusano puedan ser
utilizados para viajar de un universo a otro paralelo
Otra aplicación de un agujero de gusano podría ser el
viaje en el tiempo
Sería un atajo para desplazarse de un punto espaciotemporal a otro
19TLa Teoría del Todo
En la corriente principal de la física actual, la Teoría del Todo tiene como
objetivo unificar todas las interacciones fundamentales de la naturaleza
Recordemos que son cuatro: fuerza gravitacional, fuerza nuclear fuerte,
fuerza nuclear débil y la electromágnetica
El electromagnetismo y la fuerza débil parecen distinguirse a bajas energías
porque las partículas traen fuerzas débiles
Los bosones W y Z tienen masa, mientras que el fotón que trae la fuerza
electromagnética, no la tiene
Cuando la energía es alta, los bosones W y Z pueden crear masa fácilmente
y la naturaleza unificada de las fuerzas parece emerger
Además de las fuerzas citadas, la cosmología requiere una fuerza inflacionaria,
energía oscura y también materia oscura
Esas formas que se encuentran en el universo están compuestas de partículas
fundamentales fuera de la escena del modelo estándar
126

Materia Oscura
A mediados del siglo XIX John C. Adams y Urbain
Le Verrier, coincidieron en identificar la
existencia de un fenómeno extraño
El movimiento del planeta Urano no seguía las leyes de Newton
Para explicarlo, postularon la existencia de un planeta nunca visto, capaz
de "perturbar" el movimiento de Urano con su atracción gravitatoria.
En 1846 Johann G. Galle y Louis d'Arrest, pudieron observarlo
Era el planeta Neptuno
Neptuno era real, pero había sido una masa invisible cuya presencia sólo
se infería debido a su fuerza de gravedad que afectaba a otros planetas
Al parecer, los hallazgos no vienen solos; no vienen de uno en uno
Para explicar las variaciones de la órbita de Mercurio, en 1860 Le Verrier
propuso la existencia de otro planeta entre el Sol y Mercurio
El objeto estelar se llamó "Vulcano, pero nadie pudo confirmar esas observaciones,
y la existencia de Vulcano siguió siendo un misterio
A pesar de todo, en 1916, el movimiento anómalo de Mercurio quedó explicado
con la Relatividad General
Mercurio está muy cerca del Sol y por eso la gravitación newtoneana no es
exacta; Vulcano dejó de ser objeto de interés
¿Alguna pregunta?
Vayamos a los problemas planteados por Bono
Tenemos el rectángulo conformado por las figaras 1, 2, 3
127

¿Qué figura nos daría si al rectángulo le sumamos las figuras 4 y 5?
Los grupos comienzan con la tarea; finalmente, llegan a la respuesta
Un paralelogramo
Pero declaran que no pueden establecer cuál es la figura resultante
El profesor les cita el comentario de Bono
Cada nueva información se incorpora a los distintos modelos existentes, de
manera análoga a como se procedió con los primeros ejercicios
128

Pero llega un momento en que no es posible continuar admitiendo información
si es que no se reestructura el modelo en cuestión
Es preciso modificar el modelo antiguo, no obstante, su demostrada efectividad,
y proceder a una nueva ordenación
Ustedes no podían llegar al resultado, debido a que no sabían que había la
posibilidad de cambiar la figura a un paralelogramo
Muchos problemas que debemos resolver en la vida real, nos obligan no
sólo a tomar lo que nos dan sino lo que podemos cambiar
Ahora vayamos a la palabra bella
Es la niebla hirviente de un verano asfixiado; los espejos se levantan, los remolinos
se desbordan
La tempestad urge el rugido inicial del fuego; del fuego que avanza
Llamas titilantes devoran en hambre, que al devorar aumentan la amenaza
Implacable es el hacha que corta el aire en rebanadas
Pústula sobre pústula convierten los siglos en gelatina trémula
Pálidos de asombro quedan los universos, por el vértigo con que la ira se
vuelve llama, convocando una a una, otra hoguera a otra hoguera
Es hora de temblar y hasta el mismo volcán, señor de los magmas, se cobija
en su propia lava
Cristal de barro, cristal de barro es hora de trepidar
El terremoto en el centro de la Tierra se refugia en su propia fuerza
Cristal de barro, cristal de barro
129

Crujen las vértebras de los milenios, ruge el rugido que brota del granizo
borboteando fuego
¿Alguien podría interpretar el significado de esas líneas?
-puede ser un anuncio del fin del mundo
-estoy de acuerdo, pues anuncia la amenaza que se cierne sobre la humanidad
por los grandes agravios que hace al planeta
Lo dije y lo repito: ustedes son un ejemplo de estudiantes
12
OTROS HALLAZGOS
La Materia Oscura
A principios del siglo XX los físicos teóricos sugirieron que hay mucha más
materia en el universo de la que se puede detectar
En 1932, el holandés Jan Ort nota que las estrellas de nuestra galaxia, la Vía
Láctea, se mueven más rápido de lo que deberían
Luego de las estimaciones respectivas, dedujeron que la masa "real" de
nuestra galaxia sería el doble de la que vemos
Pocos años después, se obtienen resultados similares estudiando la rotación
de una galaxia vecina, Messier 31, la gran espiral de Andrómeda
Casi al mismo tiempo, Franz Zwicky mide las velocidades y los brillos de
galaxias y encuentra velocidades demasiado altas
Fue entonces que postuló la existencia de grandes cantidades de "masa
faltante", que superaría a la materia visible en una proporción de 50 a 1
130

A partir de los ’70 el fenómeno se reitera
En general, al medir la masa de galaxias o grupos de galaxias, utilizando la
ley de gravitación, se obtienen valores muy superiores a los “normales”
Esto ocurre para toda clase de galaxias
La teoría más adecuada para explicar el fenómeno es la existencia de “materia
oscura” la que no puede observarse por ningún medio
La “Materia Oscura” puede ser hasta 200 veces mayor que la visible"
Un grupo de científicos del Observatorio Astronómico de La Plata, liderados
por el Dr. Juan C. Forte, observaron algo también extraño
La luminosidad de una galaxia muy conocida, es en realidad entre dos y
tres veces mayor que lo aceptado hasta entonces
Para explicar el fenómeno, algunas teorías plantean que a grandes distancias
la gravedad no se comporta tal como conocemos
Se sabe que en nuestra galaxia existen nubes de polvo interestelar que
bloquean la luz de las estrellas, formando regiones oscuras
Pero esto no es "materia oscura"; el polvo se detecta, precisamente, por el
modo en que afecta a la luz de las estrellas
Tampoco sería correcto referirse al fenómeno como "materia invisible";
por ejemplo, el gas estelar, que en su mayoría es hidrógeno neutro
Ese gas, invisible a los telescopios ópticos, emite ondas de radio detectables
con radiotelescopios
Actualmente se dispone de instrumentos capaces de detectar materia que
emita desde ondas de radio hasta rayos gamma
La Materia oscura no puede ser observarla con luz visible y con ninguno de
los tipos de radiación electromagnética
131

Hay dos percepciones sobre lo que es la materia oscura o faltante
La primera postula que está constituida por materia común y corriente, pero
en formas aún no detectables
La segunda: propone tomarla como algún tipo de materia no convencional,
por lo que no emite ni absorbe luz, ni alguna otra radiación detectable
Cuando se intenta evaluar globalmente el Universo, las teorías cosmológicas
más aceptadas no encajan con la densidad de materia observada
Los físicos admiten que sólo el 1% de la masa del Universo es visible
La gran mayoría del universo no es visible y se ignora la organización interna
de sus partículas elementales
Los físicos habían declarado que los movimientos de las estrellas eran muy
pequeños como para participar de una expansión generalizada
Por otro lado, el universo era considerado como una gran galaxia que contenía
todas las estrellas y nebulosas existentes
Einstein percibe un universo que contiene una cantidad finita de materia y
es estático; para ese propósito postuló la Constante Cosmológica
Dijo que era necesario para hacer posible una distribución de materia cuasi
estática, tal como requieren las pequeñas velocidades de las estrellas
Esta constante contrarresta la atracción gravitatoria que ejercen materia y
radiación, como una fuerza gravitatoria repulsiva
Alexander Fridman, en 1922, fue el que resolvió las ecuaciones cosmológicas
de Einstein obteniendo un posible universo en expansión
Einstein criticó el trabajo de Fridman, y aunque pronto reconoció que el
equivocado era él, no pensó que fueran útiles para explicar el Universo
132

En 1927, el clérigo-físico, Georges Lemaître llegó a conclusiones similares
a las de Alexander Fridman
Pero se tendría que esperar los resultados del estudio de las velocidades y
recesiones de las galaxias de Edwin Hubble
En el año 1929 demostró que el Universo está en expansión
Einstein abandonó la constante cosmológica, y se refirió a ella como "la
mayor pifia de su vida"
La Teoría del Big Bang se basó en la expansión cósmica de Hubble
La expansión de universo se frena por la atracción gravitatoria de toda la
materia en el Universo.
Si la densidad supera un cierto valor crítico, la expansión se frenará y el
Universo colapsará
Pero, si la densidad es igual o menor a ese valor, la expansión durará por
siempre; el valor crítico en cuestión es extraordinariamente pequeño
Esa densidad sería de 6 átomos de hidrógeno por metro cúbico
Estudios actuales establecen que la constante implica una fuerza repulsiva,
de origen desconocido, capaz de acelerar la expansión del Universo
Las mediciones de supernovas lejanas parecen confirmar la aceleración
Para reafirmar la posibilidad de una expansión del universo, recordemos
la relación entre energía y masa establecida por la teoría de la relatividad
Esta fuerza, ya sea que provenga de la constante cosmológica o de otro
origen, jugaría un papel similar al de la materia oscura
Los físicos la denominaron "energía oscura"
133

La Energía Oscura
La NASA estaba enfrascada en la tarea de calcular la edad del universo y
trazar la curvatura del espacio; de pronto se encontró con algo extraño
Estimó que apenas el 4,6 % del universo está compuesto por átomos, mientras
que un 23,3% es materia oscura y el otro 72.1% es energía oscura
Así, el universo que se expande todo el tiempo, podría tener la energía
suficiente como para detener su expansión y volver a colapsar
Por otra parte, podría tener una densidad de energía tan reducida, que le
permitiría expandirse por siempre
Pero la gravedad tendría que retardar el proceso la expansión
Eso haría reducir la velocidad de expansión el universo
Pero nada confirma que la haya reducido
Toda la materia que se encuentra en el universo es atrapada y mantenida
en conjunto por la gravedad, que la atrae y la mantiene unida
Pero en 1998, el Telescopio Espacial Hubble encontró un nuevo misterio
espacial: las supernovas se expandían con mucha más lentitud que hoy
Esto es, en lugar de que la expansión se frenara, a consecuencia de la gravedad,
el universo se ha estado expandiendo con mayor velocidad
Nadie supo cómo explicarlo: los científicos anunciaron que la aceleración
cósmica se debía a la existencia de una “energía oscura”
El total de esa energía ocuparía casi el 75% del universo, pero no se sabe,
al igual que la materia oscura, cuál es la organización de sus partículas
De acuerdo con los efectos que provoca en el universo se sabe que afecta
directamente a la expansión del universo, haciéndola más veloz
Una de las principales teorías postula que, tal como lo vimos, el vacío no es
vacío; al contrario, está lleno de fuerzas electromagnéticas
134

A ser este espacio una propiedad misma del universo, la energía oscura no
desaparece a medida que el universo se expande
Mientras más espacio-tiempo se genera, más de esta peculiar energía aparece
y el universo comienza a expandirse cada vez más rápido
La Paradoja de Olbers
La paradoja de Olbers muestra una contradicción aparente: el cielo nocturno
es negro, siendo el Universo infinito y pleno de estrellas
Cada vez que miramos al cielo nocturno debería terminar en una estrella;
por tanto, el cielo debería ser completamente brillante
Pero, como la naturaleza hace lo que quiere, hace también que durante la
noche veamos que el cielo que hay entre las estrellas es negro
En la década de 1820 Wilhelm Olbers se ocupó del asunto que se pronunció
sobre la aparente paradoja; pero ya había antecedentes
A principios del siglo XVII, Johannes Kepler utilizó la paradoja para respaldar
la idea de que el Universo es infinito
En 1715, el Edmund Halley propuso que el cielo no brilla uniformemente
en la noche, porque las estrellas no están distribuidas de manera uniforme
Lo anunció así, aun partiendo de la teoría de que el Universo es infinito
Jean-Philippe Loys de Chéseaux también tomo en serio la paradoja, la estudió
debidamente, basándose en el trabajo de Halley
Chéseaux analizó la paradoja en 1743
Propuso dos opciones: el universo no era infinito o bien la intensidad de la
luz disminuía rápidamente con la distancia
En la propuesta dejó entrever que podría haber material absorbente, todavía
desconocido, presente en el espacio.
135

En 1823 Olbers postuló que el cielo era oscuro de noche porque algo en el
espacio bloqueaba gran parte de la luz estelar que debía llegar a la Tierra
Los científicos actuales decidieron rechazar la propuesta de Olbers porque
la materia, bloqueadora de la luz, se calentaría
Con el tiempo irradiaría tanto brillo como las estrellas
El estudio de la paradoja quedó olvidado por más de 100 años
En 1948, Hermann Bondi declaró que la expansión del Universo provocaba
que la luz percibida desde la lejanía fuera rojiza
Por lo tanto, portaba menor energía en cada fotón o partícula de luz
Esta solución es igualmente válida para la teoría del Big Bang.
Durante los ‘60 Edward Harrison solucionó la paradoja de Olbers
Harrison mostró que el cielo es oscuro de noche porque nosotros no vemos
las estrellas que están infinitamente lejos
Sobre la base de la teoría conocida de que la luz tarda cierto tiempo en
alcanzar la Tierra, mirar lejos en el espacio es como mirar en el pasado
Quedó establecido que no podíamos ver la luz de las estrellas lejanas,
porque todavía no ha alcanzado la Tierra
También se determinó que, a pesar de edad del universo, las estrellas no
han emitido energía suficiente para hacer que el cielo nocturno brille
Sabemos que todas las partículas de intercambio son bosones, mientras
que las partículas origen de la interacción son fermiones
La Teoría del Big Bang
La Teoría dice que el Big Bang es el momento en el que de la nada surge el
universo, con su materia y su energía
El origen del Big-Bang habría sido un punto de densidad infinita que "explota"
expandiéndose a medida que crea el Tiempo-Espacio
136

Los físicos teóricos han reeditado lo sucedido desde una centésima de segundo
después del gran estallido
La materia estaba constituid por partículas elementales, tales como electrones,
Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones
Y todas las partículas conocidas hoy y por conocer mañana
Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los
productos primarios del Big Bang
Los elementos más pesados se habrían producido después, dentro de las
estrellas, siguiendo la siguiente cronología virtual
Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en
estrellas y en galaxias
Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble
Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó
enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos -270 °C
Los vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por
los radioastrónomos en 1965, confirmando la teoría del Big Bang
Uno de los grandes problemas científicos sin resolver en el modelo del
Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado
Es decir: si se expandirá indefinidamente o se volverá a contraer
Fue, precisamente, en esta búsqueda que surgió la teoría de la Materia y
de la Energía oscuras
Una teoría más reciente, la teoría inflacionaria, brinda algunas respuestas a
las varias preguntas que plantea el el Big Bang
Algunas respuestas llegaron a la conclusión de que podría haber infinitos
universos, producidos por otros tantos Big Bangs
137

Teorías Alternativas
Esta teoría encuentra el siguiente problema con el Big Bang:
El estado de la materia en la época de la explosión era tan diferente, que
su estudio no permitiría aplicar las leyes físicas normales
Otro de los aspectos que convocó la atención de los físicos fue el grado de
uniformidad observado en el Universo
Si el Big Bang fuera cierto, el Universo se habría expandido con demasiada
rapidez para desarrollar esta uniformidad
De acuerdo con el Big Bang, la expansión del universo sería cada vez más
lenta, algo que la teoría inflacionaria desmiente
Según la teoría inflacionaria, la velocidad de expansión se acelera y la distancia
entre cuerpos estelares se hace mayor progresivamente
La velocidad del distanciamiento superaría a la velocidad de la luz; pero lo
haría sin salir de la norma de la teoría de la relatividad
De esta manera, la uniformidad del universo visible se debería a la velocidad
con que se expande
Al inicio, los objetos estelares que lo constituían estaban tan cerca unos de
otros, que tenían una densidad y temperatura similares
La Teoría Inflacionaria
Andrei Linde introdujo, en 1982, la hipótesis del universo inflacionario
Basó su hipótesis sobre el hecho de que la inflación es algo que surge de
forma natural en muchas teorías de partículas elementales
No toma en cuenta ningún efecto gravitatorio, ni de transiciones de fase, ni
de un super enfriamiento ni de un super calentamiento inicial
La teoría sostiene que el universo debe ser plano, porque la densidad de
materia guarda relación directa con su velocidad de expansión
138

Otra de las propuestas de la teoría inflacionaria se relaciona con las perturbaciones
de densidad producidas durante el proceso de inflación
Se trata de perturbaciones de la distribución de materia en el universo, las
que podrían venir acompañadas de ondas gravitacionales
Surgió entonces una nueva percepción; en 1981, Alan H. Guth planteó la
posibilidad de que un universo caliente en estado intermedio
Así, el universo podría expandirse de forma exponencial
Todo esto habría ocurrido cuando el universo se encontraba en estado
inestable de súper enfriamiento, común a las transiciones de fase
Por ejemplo, en condiciones adecuadas el agua se mantiene líquida por
debajo de cero grados, aunque el agua súper enfriada termina congelada.
Con esto terminamos la clase de hoy y llega la hora de ir con Bono otra vez
¿Qué figura se puede formar con la combinación de las siguientes?
139

Las comisiones de alumnos se reúnen y empieza la búsqueda; finalmente,
llegan a la siguiente solución
Creemos que el cuadrado de la izquierda es supefluo y lo eliminamos
Me llena de satisfacción que tomen la iniciativa y que los diferentes equipos
no se pusieron a competir, sino a complementarse mutuamente
Vi que intercambiaban ideas para comprobar si lo que hacía cada equipo
llevaba a un resultado satisfactorio
De esta manera, el trabajo fue el resultado de una interacción admirable,
no sólo entre alumnos, sino, lo más importante, entre equipos
Ahora la palabra bella
Los relámpagos que tatúan el celeste hecho-negro
se cobijan en la feroz ternura que les ofrece el acero
El vértigo se arremolina en el fondo del abismo
sobre la espuma roja donde la muerte danza
El hombre hecho Hombre, incólume
cruza, impertérrito, el impenetrable abismo
¡Miradlo! hecho de luz, de carbón y de fuego
140

va, sereno y seguro en busca de su destino
¡Miradlo! ¡Miradlo cómo avanza!
bamboleando, bamboleando
sobre la punta acerina de una daga
¿Alguna opinión?
Sí; el humano es visto como el Ser, el que lucha día a día en la búsqueda de
su destino en contra de la incertidumbre que el futuro le guarda
13
LA FUSIÓN NUCLEAR
Es la fuente que podría abastecernos de suficiente energía, la que además
sería completamente limpia
El proceso de fusión nuclear consiste en unir dos átomos (fusionar) para
obtener un átomo de mayor tamaño, con mayor masa, liberando energía
Con lo que hemos aprendido en este curso, entendemos lo que implica el
proceso y el concepto de lo que es la fusión nuclear
El principal obstáculo que se opone al proceso es que la aproximación necesaria
para que dos átomos se fusionen exige condiciones extremas
Tomemos como ejemplo el sol y las elevadísimas temperaturas y presiones
que tiene en su interior, las que son capaces ofrecer esas condiciones
La temperatura y presión solar permite la unión de átomos de hidrógeno
para producir átomos de helio, que son más pesados
141

La energía liberada en el proceso es tan grande, que permite la continuidad
de la fusión sin que el sol colapse bajo su inmenso peso
Para intentar algo parecido en nuestro planeta, hay que enfrentar y vencer
enormes fuerzas de repulsión
Recordemos que el núcleo del átomo está constituido por positrones y neutrones,
sujetos a una gran fuerza de atracción
Pero antes, debemos definir los siguientes términos
Isótopos
Son los átomos de un mismo elemento
Número atómico
Es el número de protones que hay en el núcleo de un átomo
Número másico
Es la suma de los positrones y neutrones existentes en el núcleo del átomo
Agua pesada
Es una forma de agua que contiene una cantidad anormalmente grande de
deuterio, el que, ya vimos, es un isótopo del hidrogeno
En estos casos algunos de los átomos de hidrógeno en agua pesada contienen
un neutrón, lo que provoca que cada átomo aumente de peso
Se estima que el hidrógeno deviene aproximadamente dos veces más pesado
que un átomo de hidrógeno normal
Los núcleos tienen la misma cantidad de protones, pero una cantidad diferente
de neutrones, por eso difieren en el número másico
De esta manera, los átomos que son isótopos entre sí tienen igual número
atómico pero diferente número másico
El método de unir los núcleos de dos átomos implica aproximar dos cargas
positivas hasta que la interacción nuclear fuerte quede reducida
142

Con la aclaración de que el deuterio es uno de los dos isótopos estables
del hidrógeno, los físicos dicen que el proceso sería el siguiente
Tomar una cierta cantidad de deuterio, elemento que existe en el agua del
mar en cantidades más que necesarias
Luego, fusionarlo para obtener helio liberando un montón de energía
La dificultad está lograr ese montón extra de energía sea mayor que la cantidad
de energía que tendría que utilizase para generarla
En términos económicos, significa que la energía invertida sea rentable
La Fusión Fría
La fusión fría es un intento de lograr esas condiciones de modo rentable,
en el sentido de que la energía producida sea mayor a la utilizada
Dos profesores de la universidad de Utah, Martin Fleischmann y Stanley
Pons, anunciaron, en 1989, que lo habían logrado
La idea sobre cómo conseguir fusionar dos átomos de hidrógeno surgió de
anteriores investigaciones de Martin Fleischmann
Había hallado que el paladio absorbía gran cantidad de átomos de hidrógeno;
de allí dedujo que esos átomos estarían muy compactados
Es decir, los átomos absorbidos por el paladio estarían tan cercanos unos a
otros que existía la posibilidad de que se fusionaran
Desarrolló un dispositivo que constaba de dos electrodos, uno de paladio y
otro de platino, sumergidos en agua pesada
Descargó una corriente eléctrica y vio que el agua se disociaba produciendo
gas deuterio, el que se iba absorbiendo en el paladio y oxígeno
Faltaba saber si se producía la fusión; para comprobarlo Pons y Fleischmann
decidieron averiguar si la solución se calentaba.
143

El experimento mostró que se estaba produciendo cien veces más calor
del esperado, o sea que se estaba produciendo el proceso de fusión
Publicaron su descubrimiento e incluso dieron una rueda de prensa para
dar a conocer su revolucionario proceso
Afirmaron que podían reproducir el proceso de fusión que se producía en
las estrellas, sin necesidad de alcanzar esas temperaturas tan elevadas
Fleischmann afirmó que el dispositivo que habían desarrollado, capaz de
realizar la fusión fría, se valuaba en más de 300 trillones de dólares
Pero se habían adelantado en su conferencia de prensa, pues quedó demostrado
que no habían hecho suficientes pruebas
Cuando el resto de científicos tuvieron acceso a los artículos escritos y
empezaban a analizarlos, no obtenían el mismo resultado
Por ejemplo, si se produce el proceso de fusión nuclear, se debe liberar
gran cantidad de neutrones, fenómeno que no se habían detectado
Analizando la publicación de Fleischmann, se dice que encontraron errores
muy graves, lo que les restó toda la credibilidad
Por ejemplo, no habían agitado el agua pesada; si no la agitaban, el calor
no se repartía de manera homogénea por toda la solución
No era probable que algunas zonas estuvieran sobrecalentadas y otras a
menor temperatura; además seguían vivos
Es decir, si realmente hubiesen realizado la fusión la gran cantidad de radiación
gamma liberada posiblemente habría acabado con sus vidas.
La Comunidad científica dijo que el proceso de Fleischmann y Pons era un
ejemplo de mala praxis científica; una muestra de lo que no hay que hacer
Nuevamente quedó en evidencia que no someter el experimento a suficientes
pruebas y publicarlo en ese estado lleva a conclusiones erróneas
144

Se tuvo que replantear el concepto mismo de lo que es la Fusión nuclear
La fusión nuclear surge de la unión de dos núcleos de átomos ligeros
Los átomos que, por lo general, son el hidrógeno y sus isótopos, deuterio y
tritio forman un núcleo más pesado
Generalmente esta unión va acompañada con la emisión de partículas
En el caso de núcleos atómicos de deuterio se emite un neutrón
Esta reacción de fusión nuclear libera una gran cantidad de energía en
forma de rayos gamma y de energía cinética de las partículas emitidas
Esta cantidad de energía permite a la materia entrar en estado de plasma
Plasma
El Plasma es el cuarto estado de la materia, que se agrega al sólido, gaseoso
y líquido; es un estado fluido más similar al estado gaseoso
Sólo una determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente
y no poseen equilibrio electromagnético
Por lo que se los considera buenos conductores y sus partículas responden
fuertemente a las interacciones electromágneticas de largo alcance
El plasma presenta características propias que no se dan en ningún otro
estado de la materia, por lo que es considerado otro estado de la materia
Como el gas, el plasma no tiene una forma o volumen definido
Pero en el plasma existen efectos colectivos importantes
Por ejemplo, bajo la influencia de un campo magnético puede formar estructuras
como filamentos y rayos
Los átomos de este estado se mueven libremente
Cuánto más alta es la temperatura más rápido se mueven los átomos
En el momento de colisionar la velocidad es tan alta que se produce un
desprendimiento de electrones.
145

Las reacciones de fusión nuclear pueden emitir o absorber energía; si los
núcleos a fusionarse tienen menor masa que el hierro, se liberará energía
Por el contrario, si los núcleos atómicos que se fusionan son más pesados
que el hierro, la reacción nuclear absorbe energía
Fusión nuclear en la naturaleza
Las estrellas, incluido el Sol, experimentan constantemente reacciones de
fusión nuclear
La luz y el calor que percibimos del sol es el resultado de estas reacciones
nucleares de fusión: núcleos de hidrógeno chocan entre sí
Al hacerlo, se fusionan dando lugar a un núcleo más pesado de helio, liberando
una enorme cantidad de energía
La energía liberada llega a la Tierra como radiación electromagnética
Las fuerzas de gravedad en el universo generan las condiciones perfectas
para la fusión nuclear.
A las reacciones de fusión nuclear también se les llama reacciones termonucleares
debido a las altas temperaturas que experimentan
En el interior del sol la temperatura es cercana a los 15 millones de grados
Requisitos técnicos para la fusión nuclear
Para efectuar las reacciones de fusión nuclear, los expertos dicen que se
deben cumplir los siguientes requisitos:
Conseguir una temperatura muy elevada para separar los electrones del
núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsión
Es necesario el confinamiento para mantener el plasma a temperatura elevada
durante un mínimo de tiempo
146

La densidad del plasma debe ser suficiente para que los núcleos estén cerca
unos de otros y puedan generar reacciones de fusión nuclear
Confinamiento para la fusión nuclear
Fusión nuclear por confinamiento inercial (FCI)
Consiste en crear un medio tan denso, que las partículas no tengan casi
ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí
Una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio es impactada por un
haz de láser, provocando su implosión
Así, se hace cientos de veces más densa y explosiona bajo los efectos de la
reacción de fusión nuclear.
Fusión nuclear por confinamiento magnético (FCM)
Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio
reducido por la acción de un campo magnético
Reacciones de fusión nuclear
Para que tengan lugar estas reacciones debe suministrarse a los núcleos la
energía cinética necesaria que aproximen los núcleos
Es decir, los que se van a fusionar, venciendo así las fuerzas de repulsión
electrostáticas
Para ello se necesita calentar el gas hasta temperaturas muy elevadas, como
las que se supone que tienen lugar en el centro de las estrellas
En 1968, Basov, informó que se había alcanzado las temperaturas de ignición
y de la producción de neutrones en las reacciones de fusión nuclear
Lo había conseguido con el empleo láseres
En la década de los 70 comenzó a divulgarse la primera serie de publicaciones
sobre FCI (Fusión nuclear por Confinamiento Inercial)
147

En EEUU, consiguieron el experimento más avanzado, alcanzándose cerca
de 3 millones de neutrones
Pero el láser no es el único dispositivo capaz de producir implosiones
También se observa que electrones y haces de iones ligeros y pesados son
serios candidatos a la fusión nuclear por confinamiento inercial
El proyecto de fusión nuclear por confinamiento magnético: el ITER
El proyecto más avanzado en Fusión nuclear por Confinamiento Magnético
es el ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)
Es un prototipo basado en el concepto Tokamak, y en el que se espera alcanzar
la ignición
Hay proyectos conjuntos en los que participan la Unión Europea, Canadá,
EEUU, Japón y Rusia.
El objetivo es determinar la viabilidad técnica y económica de la fusión
nuclear por confinamiento magnético
Este tipo de confinamiento magnético es necesario para la generación de
energía eléctrica
ITER es un proyecto tecnológico cuya construcción se estima necesitará 10
años y al menos 20 de investigación
En ella se probarán las soluciones a los problemas que necesitan ser resueltos
para hacer viables los futuros reactores de fusión nuclear
Este proyecto de investigación dará sus resultados a partir de 2050
Otras tecnologías se aplican a la robótica, superconductividad, microondas,
aceleradores y los sistemas de control
La Fusión Nuclear en la actualidad
Pero la posibilidad de conseguir la fusión nuclear no se ha abandonado
148

Está en proceso de construcción una central de fusión nuclear en el sur de
Francia que permitirá obtener energía limpia
Pero no habrá nada nuevo, por lo menos hasta el año 2020, fecha en la que
se espera que esté en funcionamiento
El proceso desarrollado consiste en calentar a grandes temperaturas una
mezcla de dos isótopos de hidrógeno: el deuterio y el tritio
La temperatura para lograr el estado de plasma tendría que llegar a
150.000.000 º
En ese estado las partículas están ionizadas, es decir, con carga, y se aprovecha
este estado para confinarlas usando un campo magnético
Una de las principales dificultades a la hora de producir la fusión siempre
ha sido esa: cómo poder confinar el plasma a temperaturas tan altas.
¿Alguna duda?
No señor; entendimos muy bien; ahora nos gustaría tratar de resolver otro
acertijo del pensamiento lateral
-aquí va
¿Qué es aquello que no se mueve, pero penetra tu cuerpo; no llega a tu
alma porque es gran amigo del hielo?
Los alumnos van proponiendo soluciones y, simultáneamente, ellos mismos
las descartan
-el aliento de un dragón
-el soplo de un murciélago inmenso
-el veneno de una víbora
-los rayos cósmicos
-una triste noticia, aunque no es necesariamente amiga del hielo
-un pensamiento tridimensional
-creo que debe ser algo que entra con el aire, necesariamente
-siendo amigo del hielo, debe ser algo helado
149

-no lo vemos y es amigo del hielo, por lo tanto, lo único que puede reunir
los requerimientos anotados, sería el frío
Ésa es la respuesta y la obtuvieron tal como el pensamiento lateral dispone:
compartir las ideas y empezar por las más absurdas
Recuerden que los físicos consideran absurdas las respuestas que les da la
naturaleza cuando le preguntan algo
El pensamiento lateral les servirá a ustedes para familiarizarse con el absurdo
como punto de partido y de allí arribar a una solución lógica.
Profe, la palabra bella y útil
La vez anterior hablamos de Cervantes refiriéndonos a la dignidad con que
responde los insultos; ahora citaremos un fragmento de Don Quijote:
…figurósele que la litera eran andas donde debían de ir algún mal ferido o
muerto caballero, cuya venganza a él solo estaba reservada, y sin hacer
otro discurso enristró su lanzón, púsose bien en la silla, y con el gentil brío
y continente se puso en la mitad del camino por donde los encaminados
forzosamente habían de pasar, y cuando los vio cerca, alzó la voz y dijo:
Deteneos, caballeros, quien quiera que seáis, y dadme cuenta de quién
sois, de dónde venís, a dónde vais, qué es lo que en aquellas andas lleváis,
que, según las muestras, o vosotros habéis fecho, o vos han fecho algún
desaguisado, y conviene y es menester que yo lo sepa, o bien para castigaros
del mal que ficisteis, o bien para vengaros del tuerto que vos ficieron…
No olviden de leer, aunque más no sea una hora semanal, la primera y la
más grande novela de la literatura: “Don Quijote de la Mancha”
Shakespeare y Cervantes son la máxima expresión de la literatura universal,
el primero como dramaturgo, el segundo como novelista
Por extraña coincidencia, ambos murieron el mismo año, 1616
150

14
LA FISIÓN NUCLEAR
La fisión nuclear es un fenómeno físico que ocurre en el mundo subatómico
y consiste en el proceso de partir en dos un núcleo atómico
Es exactamente lo contrario de la fusión
Se trate de aprovechar la energía que los mantenía unidos antes del impacto,
esto es lo que los físicos llaman “energía de enlace”
Cuando un neutrón colisiona con el núcleo de uranio 235, su masa y energía
es agregada al núcleo, haciéndolo de él un núcleo más pesado
De allí deriva el isótopo inestable uranio 236
El isótopo uranio 236, en fracciones de segundo, se parte en dos núcleos
estables, liberando la energía que los mantenía unidos
A esta energía se agrega la emisión de dos a tres neutrones, los cuales sirven,
a su vez, para dividir nuevos núcleos que liberarán energía
El circuito continua con la emisión de otros 3 neutrones que golpean más
núcleos, y... así en una reacción incontrolada de rápido crecimiento
¿Qué se necesita para que realizar la fisión?
Supongamos un electrón que golpea a núcleo muy pequeño, para romperlo
habría que acelerarlo a enormes cantidades de energía
Pero no existen aceleradores que la consigan
Además, en un espacio pequeño es imposible disponer de esa energía necesaria
para que el electrón divida el núcleo del átomo
151

Podría utilizarse el protón; pero, esta partícula tiene carga positiva y en el
núcleo del átomo de uranio hay muchos protones con carga positivas
Una vez acelerado sería desacelerado por estas cargas de su misma naturaleza,
llevándolo a una velocidad reducida antes de acercarse al núcleo
El intento sería inútil, pues habría que gastar más energía para dividir el
núcleo en la búsqueda de vencer las fuerzas repulsivas entre protones
Existe una partícula con masa un poco mayor que la del protón y siendo
que es neutra no tendría problemas al acercarse al núcleo e impactarlo
Se trata del neutrón que puede ser acelerado lo suficiente para alcanzar la
energía cinética necesaria para golpearlo y dividirlo en dos mitades
Cómo lograr una reacción en cadena satisfactoria
Al enriquecer el uranio 235 se obtiene uranio 238 en una cantidad de
99.3% no fisionable y apenas el 0.7 por ciento de uranio 235 es fisionable
Siempre hay impurezas en el proceso de enriquecer el uranio, aun cuando
se hayan utilizado los mejores métodos de enriquecimiento
Por ello, el bombardeo con neutrones no llegaría a las zonas del material
donde hay uranio fisionable y la reacción no soltaría la energía necesaria
Por esta razón, es necesario un valor denominado masa crítica por debajo
del cual la probabilidad de una reacción en cadena exitosa sea pequeña
A medida que el valor se acerca al valor crítico, aumenta la probabilidad
de que se realice una mayor reacción
Cuando se supera el valor crítico se asegura la reacción en cadena
A medida que aumenta la cantidad de material fisionable se logra la masa
crítica o se sobrepasa
En este último caso, el material fisionable más conveniente sería el isótopo
radioactivo del Plutonio 239
152

Tiene una masa crítica tres veces menor que la del uranio 235 fisionable y
es más fácil de obtener
La fisión en la actualidad
La fisión puede ser utilizada para fines bélicos en la construcción de bombas
atómicas; por supuesto se usa para fines pacifistas
Su utilidad no bélica surge de los reactores para la producción de energía
eléctrica, proceso utilizado actualmente en las centrales nucleares
Si un átomo pesado de Uranio o Plutonio se rompe en dos átomos más ligeros,
tendremos un desprendimiento de neutrones
Pero, la suma de las masas de estos últimos átomos es menor que la masa
del átomo original
De acuerdo con la teoría de Albert Einstein se desprende una cantidad de
energía que responde a la conocida fórmula E = mc 2
Para romper un átomo, se emplea un neutrón porque es neutro eléctricamente
y, por tanto, al contrario que el protón, no es repelido por el núcleo
El neutrón se lanza contra el átomo que se quiere romper, por ejemplo,
Uranio-235 y lo convierte en Uranio 236 por un brevísimo tiempo
Como este último átomo es sumamente inestable, se divide en dos átomos
diferentes y más ligeros, desprendiendo 2 ó 3 neutrones
Estos neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de Uranio-235, liberando
en total 9 neutrones, energía y dos átomos más ligeros
Así sucesivamente, generándose de esta forma una reacción en cadena
En las centrales nucleares el proceso se modera con el objeto de evitar la
reacción en cadena y también para generar energía más lentamente
De lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica
153

El proceso básico es el siguiente:
El Uranio natural es mayoritariamente U-238,
El Uranio fisionable es el U-235 que es un 0.71% del Uranio que se encuentra
en la naturaleza, es decir, del uranio U-238
Solo un pequeño porcentaje del Uranio se aproveche y se requieran grandes
cantidades de este para obtener una cantidad significativa de U-235.
El U-235 se introduce en el reactor y comienza un proceso de fisión
En el proceso, se desprende energía en forma de calor
Este calor, calienta unas tuberías de agua convirtiéndola en vapor, el que
pasa por unas turbinas, haciéndolas girar
Éstas hacen girar un generador eléctrico, produciendo así electricidad
No toda la energía obtenida en la fisión es aprovechada, parte de ella se
pierde en calor, la resistencia de los conductores, la vaporización de agua
Para evitar que el reactor explote, los neutrones son controlados mediante
unas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro)
Estas barras de control al ser introducidos, absorben neutrones, y disminuye
el número de fisiones
Con ese procedimiento se generará más o menos energía
Se introducen las barras de tal forma, que solo se produzca un neutrón por
reacción de fisión, controlando de esta forma el proceso de fisión
Si todas las barras de control son introducidas, se absorben todos los neutrones,
con lo cual se pararía el reactor
El reactor se refrigera para que no se caliente demasiado incluso cuando
está detenido, ya que la radiación hace que el reactor permanezca caliente
154

Diferencias
La fisión nuclear es la separación de un núcleo pesado en uno más pequeño;
la fusión es la combinación de núcleos para crear uno más pesado
El resultado en ambos csos es que se absorbe o se libera energía
Dentro del núcleo de un átomo se encuentran los protones y los neutrones,
alrededor del núcleo giran los electrones
La ciencia nuclear es la que se encarga del estudio de los procesos durante
la dispersión o combinación de los núcleos (fisión y fusión)
Hay muchas variables en el momento de realizar estos procesos
Una de ellas es la energía de enlace nuclear, que es la energía requerida
para mantener los protones y los neutrones de un núcleo intactos
La masa de un núcleo es una pequeña parte de la masa total de los protones
y los neutrones
Esta diferencia de masa se le atribuye a la energía de enlace nuclear, la
cual, al perderse, es liberada en forma de energía
Esa energía se calcula con la famosa expresión de Einstein: E=mc 2 .
Más sobre la Fisión nuclear
La fisión nuclear en forma simple es la división de un núcleo, liberando
neutrones y un núcleo más ligero
Al realizar fisión con elementos pesados, el proceso resulta altamente exotérmico
(liberación de calor)
El cual libera calor, millones de veces más que la quema del carbón.
Este proceso da como resultado la liberación de un núcleo más pequeño,
nueva energía y partículas, tales como los neutrones
155

Estas partículas pueden reaccionar con materiales radioactivos, que van a
liberar más núcleos pequeños y partículas y así consecutivamente.
Esta reacción en cadena es la base de las armas nucleares, siendo
el uranio-235 uno de los elementos más habituales en el uso de este campo
Al ser bombardeado con un neutrón, este se convierte en uranio-236, el
cual es mucho más inestable
Como resultado, el núcleo se divide en Krypton-92 y Bario-141, causando
la reacción en cadena al continuar liberando neutrones en cada reacción.
Bombas de fisión nuclear
Este es el primer tipo de bombas desarrollado, y se basan en la fisión (ruptura)
de un átomo, generalmente Uranio enriquecido o Polonio
El proceso de fisión conlleva, además, la liberación de energía
El proceso de fusión además emite neutrones, partículas sin carga que induce
la ruptura de más átomos, llevando a una reacción en cadena
El Kilotón
El efecto de una bomba de fisión se mide generalmente en kilotones, que
hacen referencia al poder destructivo de mil toneladas de TNT
La potencia de la bomba que explosionó en el desierto de Nuevo México
fue de 20 kilotones de TNT
La de Hiroshima, conocida como Little Boy, basada en uranio enriquecido,
era equivalente a16 kilotones de TNT
La de Nagasaki, Fat Man y basada en polonio, a 21 kilotones
¿En qué se diferencia una bomba termonuclear de una nuclear?
La bomba termonuclear combina tres procesos: fisión, fusión, y de nuevo
fusión.
156

Bombas termonucleares
La primera etapa en una de estas bombas es
semejante a la de las bombas de fisión
El Polonio se fisiona, liberando gran cantidad
de energía y neutrones hasta 100 millones de
grados
Los neutrones se aprovechan para inducir un proceso de fusión nuclear de
átomos de deuterio y tritio, dos isótopos pesados del hidrógeno.
La energía liberada en el proceso de fusión nuclear se aprovecha para fisionar
átomos de 29Turanio 23829T, imposible a temperaturas menores
Este último paso dobla el poder de la bomba y es el que mayor cantidad
de radiación perjudicial produce.
El poder de una bomba termonuclear, o bomba H, se puede regular añadiendo
más o menos cantidad de deuterio y tritio a la etapa de fusión
Megatones
Por eso, prácticamente no tiene límite y su poder se mide en megatones
Un megatón, en el Sistema Internacional de Unidades es el equivalente a
mil kilotones, es decir a un millón de toneladas de TNT
La bomba más potente, la bomba del Zar, fue detonada el 30 de octubre de
1961 a 4 km. de altitud en un archipiélago ruso
Estaba situado en el océano ártico y conocido como Nueva Zambia
Su potencia era de 50 megatones
¿Qué son las bombas de cobalto o Sucias?
Las bombas anteriores producían su efecto dañino a partir del calor liberado,
pero la bomba de cobalto tiene aún más poder
157

Se usa además el calor y gran cantidad de radiación gamma para que sus
efectos sean todavía peores
Estos rayos son capaces de llegar a la médula ósea e inducir mutaciones en
el genoma
Las bombas anteriores tenían como efecto "colateral" la emisión de radiación
perjudicial
Pero, las de cobalto buscan principalmente la emisión de este tipo de radiación
para producir un efecto todavía más perjudicial.
En las bombas sucias se añade un ingrediente mortífero: el cobalto-59
Este elemento es capaz de absorber los neutrones emitidos en una explosión
nuclear para convertirse en cobalto-60
Mediante un proceso conocido como "salado"
El cobalto caería después de la explosión como una lluvia que iría depositando
este elemento radioactivo en el suelo
Allí seguiría descomponiéndose y emitiendo radiación durante décadas,
haciendo la zona inhabitable.
Más sobre Fusión Nuclear
Fusionar núcleos con menor masa que la del Hierro libera energía, mientras
que fusionar núcleos más pesados provoca una absorción de energía
Ocurriendo lo opuesto que en la fisión nuclear.
Las estrellas son un claro ejemplo de la liberación de calor provocado por
la fusión nuclear
También las armas nucleares emplean este principio, como lo es la bomba
de hidrógeno
158

En las estrellas ocurre este fenómeno gracias a la alta temperatura y la
unión de átomos pequeños para crear átomos más grandes
Liberando cantidades enormes de calor y radiación.
La fusión es una temática en la que aún se trabaja en búsqueda de estabilidad,
siendo un proceso 29Tenormemente inestable29T
Que implica la liberación de enormes cantidades de energía
Aquí termina la clase ¿Vamos a otro desafío que nos presente Bono?
-sí;
En la clase anterior la solución del problema implicaba la omisión de uno
de los objetos geométricos, pues estaba demás
Ahora, el problema será a la inversa; podrán añadir objetos a las primeras
Observemos las siguientes figuras: ¿Qué pueden hacer con ellas?
Los alumnos forman las coentre
otras las siguientes figuras
misiones y una a una presentan,
Veo que han añadido un cuadrado y eso les permitió estructurar nuevas
formas sobe la primera; ustedes serán campeones del pensamiento lateral
159

Profe: ¿la palabra bella?
Fue vana la acumulación racional de los siglos para encontrar en cada estrella
una letra celeste del gran alfabeto
Ha sido inútil el acopio reflexivo de los milenios que aún no sedimentan en
el espacio, con la autoridad del vino, en el roble viejo
Solo es dada a la Intuición conocer en la arena del desierto, el reflejo del
cosmos sobre el crótalo mudo de los lagos
Se astilló en otros infinitos al romper el gran vacío
Nebulosa tras nebulosa se atesoraron,
para escribir con trizas de la gran letra
La historia del empujón primero, cuando el reflejo de luz,
espejo después de espejo dio a cada estrella
la astilla de la letra primigenia...
No os apresuréis, en adelantado intento
leer lo que escriben los cometas en el firmamento
Cuando los millones de milenios hayan diseñado
el primer día del orbe
la eternidad, monja gitana del tiempo
habrá bordado, galaxia sobre galaxia, infinito tras de infinito
la primera letra del Universo
¿Le encuentran algún sentido?
160

Por supuesto profe; se refiere a lo poco que el hombre sabe de los secretos
del universo, precisamente lo que estudiamos en este curso
Hasta la próxima, queridos alumnos.
15
LA CENTRAL NUCLEAR
El principal uso que se le da actualmente a la energía nuclear es el de la
generación de Energía eléctrica
Las centrales nucleares son las instalaciones encargadas de este proceso
Prácticamente todas las centrales nucleares en producción utilizan la fisión
nuclear ya que la fusión nuclear actualmente es inviable
El funcionamiento de una central nuclear es idéntico al de una central térmica
que funcione con carbón, petróleo o gas
Excepto en la forma del calor que produce para convertir el agua en vapor
En el caso de los reactores nucleares este calor se obtiene mediante las
reacciones de fisión nuclear de los átomos del combustible nuclear
Mientras que en las otras centrales térmicas se obtiene energía térmica
mediante la quema combustibles fósiles
A nivel mundial el 90% de los reactores nucleares destinados a la producción
de energía eléctrica son reactores de agua ligera
En las versiones de agua a presión o de agua en ebullición
El principio básico del funcionamiento de una central nuclear se basa en la
obtención de energía térmica mediante fisión nuclear
161

Con esta energía calorífica que tenemos en forma de vapor de agua, la
convertiremos en energía mecánica, en una turbina
La energía mecánica se convierte en energía eléctrica
Esto se logra con el uso de un generador
El reactor nuclear es el encargado de provocar y controlar estas fisiones
atómicas que generarán una gran cantidad de calor
Ese calor calienta el agua para convertirla en vapor
El agua transformada en vapor de alta temperatura, sale del recipiente hasta
llegar a la turbina y hacerla girar
En este momento parte de la energía calorífica del vapor se transforma en
energía cinética
Esta turbina está conectada a un generador eléctrico mediante el cual se
transformará la energía cinética en energía eléctrica
Por otra parte, el vapor de agua que sale de la turbina, aunque ha perdido
energía calorífica, sigue estando en estado gaseoso
Es muy caliente, por lo que hay refrigerar antes iniciar otro circuito
Al salir de la turbina se dirige a un depósito de condensación donde estará
en contacto térmico con unas tuberías de agua fría
El vapor de agua se vuelve líquido, y mediante una bomba, se redirige
nuevamente al reactor nuclear para volver a repetir el ciclo
Ésa es la razón por la que las centrales nucleares siempre están instaladas
cerca de una fuente abundante de agua fría
Se aprovecha el agua en el depósito de condensación
La columna de humo blanco, saliendo de determinadas centrales, es el vapor
de agua que se provoca en el proceso
162

Reactor nuclear
Es una instalación capaz de iniciar, controlar y mantener las reacciones
nucleares, generalmente de fisión nuclear en cadena
El reactor nuclear está formado por el combustible nuclear, el refrigerante,
los elementos de control, los materiales estructurales
Si se trata de un reactor nuclear térmico, exigirá un moderador
Los reactores nucleares se pueden clasificar como reactores térmicos y
reactores rápidos.
Los reactores térmicos
Frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fisión, para que
tengan la oportunidad de interactuar con otros átomos fisionables
A menor velocidad del neutrón, mayor probabilidad de fisionar con otros
núcleos del combustible en los reactores que usan uranio 235
El moderador puede ser agua ligera, agua pesada o grafito
Los Reactores Rápidos
Son los que no necesitan moderar la velocidad de los electrones
Para construir un reactor nuclear es necesario disponer de combustible
nuclear suficiente, al que se denomina masa crítica
Tener la masa crítica significa disponer de suficiente material fisible en las
condiciones adecuadas para mantener una reacción en cadena
La disposición de absorbentes de neutrones y de las barras de control
permite controlar la reacción en cadena
La reacción nuclear se produce y mantiene en el núcleo del reactor
Allí se produce una reacción nuclear en cadena con el objetivo de calentar
el agua que se utilizará para accionar las turbinas de la central
163

Voltaje mide la fuerza con la que los electrones pasan por un cable conductor;
el Amperaje es la cantidad de electrones que pasan por ese cable
El Voltio recibe su nombre en honor a Alessandro Volta quien en 1800 inventó
la pila que se pone en las linternas
Un Vatio (Watt en inglés) es el producto de un Voltio por un Amperio
El watt deriva del apellido del escocés James Watt (1736-1819) por sus
grandes hallazgos en el desarrollo de la máquina de vapor
El Primer Reactor Nuclear
El primer reactor nuclear de la historia de la energía nuclear fue diseñado
y puesto en marcha por el premio Nobel de Física Enrico Fermi
Hizo su experimento bajo las gradas del campo de rugby de la Universidad
de Chicago el 2 de diciembre de 1942
Era de sólo medio Watt de potencia, pero sirvió para demostrar que un
reactor nuclear era técnicamente posible
Fue usado como instalación piloto de los reactores diseñados para fabricar
plutonio para la bomba atómica del Proyecto Manhattan
Componentes del núcleo del reactor nuclear
Un reactor nuclear está formado por los siguientes componentes:
El combustible nuclear
Es un material con capacidad de fisionarse lo suficiente como para llegar a
la masa crítica, es decir, para mantener una reacción nuclear en cadena
Se coloca de manera que se pueda extraer rápidamente la energía térmica
que produce la reacción nuclear en cadena
En las centrales nucleares se utiliza combustible nuclear sólido
Los combustibles nucleares varían dependiendo del tipo de reactor pero
generalmente se utilizan derivados del uranio
164

Barras de combustible nuclear
Son el lugar físico donde se confina el combustible nuclear
Algunas barras de combustible contienen Uranio mezclado con Aluminio
en forma de láminas planas
Están separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido
para disipar el calor generado
Las láminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte
Núcleo del reactor
Está constituido por las barras de combustible
El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, refrigerado
por un fluido, generalmente agua.
En algunos reactores, el núcleo se ubica en el interior de una piscina con
agua, a unos 10 a 12 metros de profundidad
También en el interior de una vasija de presión construida en acero
Barras de control
Los conjuntos de barras de control proporcionan un medio rápido para
controlar la reacción nuclear en cadena
Permiten realizar cambios rápidos de potencia del reactor, inclusive detenerlo,
en caso de emergencia
Están fabricadas con materiales absorbentes de neutrones
La reactividad del núcleo aumenta o disminuye subiendo o bajando las barras
de control
Es decir, modificando la presencia de material absorbente de neutrones
contenido en ellas en el núcleo
Para que un reactor funcione debe tener un exceso de reactividad
165

Esa reactividad disminuye hasta que se anula, momento en el que se hace
la recarga del combustible
Moderador
Los neutrones resultantes de una reacción de fisión nuclear tienen una elevada
energía cinética a gran velocidad
Cuánto más alta sea su velocidad la probabilidad de que fisionen otros
átomos disminuye, de modo que conviene reducir la velocidad
Así se pueda incentivar nuevas reacciones en cadena
Esto se consigue mediante choques elásticos de los neutrones con los núcleos
del elemento que hace de moderador
Entre los moderadores más utilizados están el agua ligera, el agua pesada
y el grafito
Refrigerante
Para aprovechar la energía térmica que desprenden las reacciones de fisión
se utiliza un refrigerante
Su función es absorber dicha energía térmica y transportarla
El refrigerante debe ser anticorrosivo, con una gran capacidad calorífica y
no debe absorber neutrones
Los refrigerantes más usuales son gases, como el anhídrido carbónico y el
helio; líquidos como el agua ligera y el agua pesada
Reflector
En una reacción nuclear en cadena, un cierto número de neutrones tiende
a escapar de la región donde ésta se produce
Esta fuga de neutrones puede minimizarse con la existencia de un medio
reflector que les vuelva poner dentro de la región de reacción
De esta forma se consigue aumentar la eficiencia del reactor nuclear
166

El medio reflector que rodea al núcleo no debe reducir el número de neutrones;
más bien deben reflejar el mayor número posible de neutrones
La elección del material depende del tipo de reactor nuclear
Si tenemos un reactor térmico, el reflector puede ser el moderador pero si
tenemos un Reactor rápido, habrá una diferencia
El material del reflector debe tener una masa atómica grande para que los
neutrones se reflejen en el núcleo con su velocidad original
Blindaje
Cuando el reactor esté en operación, se genera gran cantidad de radiación
Es necesaria una protección para aislar a los trabajadores de la instalación
de las radiaciones ocasionadas por los productos de fisión
Por ello, se coloca un blindaje biológico alrededor del reactor para interceptar
estas emisiones
Los materiales más usados para construir este blindaje son el hormigón, el
agua y el plomo
Usos de los reactores nucleares
La tecnología de los reactores nucleares comenzó a desarrollarse con fines
bélicos, pero a partir de los años ‘50 se diversificó para fines no bélicos
Poco a poco esa tecnología fue más solicitada por los problemas de sostenibilidad
que presentan los combustibles fósiles de las centrales térmicas
El interés por los reactores de fisión nuclear y de fusión nuclear ha ido en
aumento como medio para obtener energía eléctrica
Los reactores nucleares de fisión se concentran en la producción de calor
Esto es, energía térmica que se emplea directamente
También para producir vapor a partir de agua
167

El vapor de agua que se genera es utilizado para obtener trabajo mecánico,
en una turbina, o para producir agua dulce a partir de agua de mar
Se usa para la propulsión de embarcaciones rompehielos, submarinos nucleares
portaaviones militares, cohetes u bombas atómicas
En los años 90 se empiezan a crear centrales nucleares que usan como
combustible nuclear los radiactivos de otras centrales nucleares
Estos combustibles son el plutonio y el uranio "empobrecido" resultante
del proceso de enriquecimiento de uranio
Se los usa para la producción de isótopos radiactivos en medicina
Se produce neutrones libres para la investigación
Se los usa en la producción de bombas de neutrones; los reactores nucleares
de fusión están todos aún en fase de investigación y desarrollo
Una de las futuras aplicaciones más importantes que se espera de ellos es
la producción de electricidad
¿Vamos a otro esquema de Bono?
-sí
¿Qué pueden hacer con esas tres figuras?
Los grupos se reúnen y logran la siguiente figura
168

¡Esto fue espectacular! pues dividieron un cuadrado para conformar el rectángulo
de la derecha!
Me gustó tanto como el hecho de que los grupos, en vez de competir entre
ellos, intercambiaron ideas para cumplir la tare
La palabra bella, profe
En el Everest hay un pico escondido a la vista y a la curiosidad de los extraños
Pero, cuando algún mortal es llamado, recorrerá el camino que lo lleva
hasta el pico, sin necesidad de guías ni despliegues de tecnología
Llega a la cima del pico para ver cómo se presenta ante él los 5 túneles,
dispuestos como cinco dedos de una palma que los proyecta hacia arriba
De acuerdo con los designios de su destino, escoge uno de ellos
Los iniciados llaman a este lugar “El Sendero de los Cinco Dedos”
Empezado el ingreso, el peregrino siente que desciende cada vez más y, al
hacerlo, sabe, sin saber cómo, que está ascendiendo en el descenso
Finalmente llega al espacio sin espacio, donde La Voz la recibe sin causar
decibeles que hagan vibrar la membrana auditiva del peregrino
Convertida ahora en un remolino de sorpresa tras sorpresa, de sensación
deslumbrante tras sensación alucinante, tras de sensación absoluta
169

Todos están juntos o separados por universos compartidos
La sensación de estar allí, donde las dimensiones se multiplican al infinito y
luego se condensan en el punto, es nueva, es alucinante
Es perpetradora de impresión para siempre perpetrada
Los beduinos desfilaban con sus turbantes brillando en arena de jaspes
dorados… los caminantes de Lagash dejan el polvo en la alfombra
Los incas llevan diademas en las que el sol se desdoblaba en soles y en lunas…
Los años se condensan en segundos y cada segundo tiene la densidad
enorme de un millar de años reunidos dentro de otro millar mayor
¿Alguna interpretación?
Sí; las contradicciones subir-bajando, sonido sin ondas sonoras y otras
más, muestran la sorpresa de los científicos cuando analizan el microcosmo
170

16
LA RADIACIÓN
La radiación electromagnética es la que se propaga en forma de ondas
electromagnéticas, rayos UV, rayos gamma, rayos X…
También hay un tipo de radiación denominada corpuscular, que es la radiación
transmitida en forma de partículas subatómicas
Las partículas pueden ser alfa, beta o también neutrones, que se mueven a
gran velocidad, con apreciable transporte de energía.
Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización
será una radiación ionizante
En caso contrario es una radiación no ionizante
El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su
naturaleza corpuscular u ondulatoria
Los rayos X, rayos γ, partículas α Son radiaciones ionizantes
Por otro lado, radiaciones como las ondas de radio, TV o de telefonía móvil,
son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes
Elementos radiactivos
Algunas substancias químicas están formadas por elementos químicos cuyos
núcleos atómicos son inestables
Como consecuencia de esa inestabilidad, sus átomos emiten partículas
subatómicas de forma intermitente y aleatoria
En general serán radiactivas las partículas que presentan un exceso de
protones o de neutrones
171

Cuando el número de neutrones difiere del número del número de protones,
el desequilibrio se corrige liberando el exceso de neutrones
Ese procedimiento los convierte en partículas alfa
Esas partículas alfa son realmente núcleos de helio, mientras las partículas
β pueden ser electrones o positrones
Estas emisiones llevan a dos tipos de radiactividad:
Radiación alfa; aligera los núcleos atómicos cambiando el número atómico
Radiación beta, no cambia la masa del núcleo, puesto que convierte un protón
en un neutrón y viceversa
La Radiactividad
La radiactividad es causada por la emisión de radiación procedente de núcleos
inestables
Dicha radiación puede producirse en forma de partículas subatómicas,
par-tículas alfa y beta o en forma de energía, como rayos gamma
El físico francés Henri Becquerel (1852-1908) descubrió la existencia de
este tipo de radiaciones en 1896
El estudio de la radiactividad permitió nuevos hallazgos
Las aplicaciones beneficiaron a la producción de aparatos usados en la
medicina, electrodomésticos, industrias de armas y las centrales nucleares
Esos beneficios incluyen una amplia variedad de técnicas médicas utilizadas
en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades
En 1896, cuando estudiaba la relación entre la fluorescencia
y la emisión de rayos X en una sal de uranio,
Becquerel comprobó que las radiaciones emitidas
eran semejantes a los rayos X
172

Los rayos emitidos se denominaron rayos Becquerel.
El fenómeno descubierto por Becquerel fue estudiado por los esposos Pierre
y Marie Curie, a quienes se deben las contribuciones más importantes
Marie Curie investigó los elementos que emitían rayos Becquerel
Midiendo la intensidad de la radiación emitida por todos los elementos
encontró que únicamente el torio y el uranio emitían estas radiaciones
Actualmente se conocen 40; el fenómeno recibió el nombre de radioactividad,
nombre que en la actualidad se usa como sinónimo de radiactividad
Las investigaciones le permitieron deducir que el proceso radioactivo provenía
de una propiedad atómica
Pierre y Marie Curie
Los numerosos escritos dedicados a la radioactividad por Pierre y Marie
Curie figuran entre las obras más importantes de la física del siglo XX
Midiendo la actividad de los diversos sulfuros obtenidos
de la pecblenda, los Curie llegaron a la conclusión
de la existencia de un nuevo metal
Lo llamaron "polonium" como homenaje a la patria de Marie
El Tratado sobre la radiactividad de Marie Curie
El descubrimiento de los fenómenos radiactivos daría lugar a una gran revolución
en la historia de la ciencia
Pues se demostraría la posibilidad de una desintegración espontánea del
núcleo atómico y la consiguiente transformación de un elemento en otro
Marie y Pierre Curie establecieron el hecho de que la radiactividad era un
fenómeno natural al que el hombre había estado expuesto por siempre
173

Aunque también están las radiaciones artificiales
Así, podemos diferenciar entre radiación natural y radiación
artificial
La Radiación y la Salud
Por otro lado, está comprobado que la radiación afecta a los organismos
Puede enfermar o curar; ser administrada como cualquier medicina, o tener
efectos letales; todo depende de modo de usarla
Se sabe que puede dar lugar a transformaciones químicas en la materia
En el caso de la materia viva, estas transformaciones interfieren con las
funciones vitales de las células que reciben radiación
Algunas radiaciones penetran en el cuerpo y producen cuatro tipos de
efectos malignos en órganos o en células
Los que producen cáncer, las mutaciones genéticas, los efectos en los embriones
durante el embarazo y las quemaduras por exposiciones excesivas
Las investigaciones se han centrado en descubrir por qué y cómo cada uno
de estos casos se presenta en diferentes circunstancias
Cáncer
El cáncer se produce cuando el entorno genético de una célula es afectada,
lo cual da lugar a una reproducción desmedida, a un tumor
La radiación es, de hecho, uno de los agentes que pueden producir el cáncer,
aunque no el único
Marie Curie y su hija Irene, pioneras en la separación de elementos radiactivos,
fueron las primeras víctimas de cáncer atribuible a la radiación
174

El segundo grupo de efectos de la radiación comprende las mutaciones
genéticas como el caso de la talidomida
Es posible que la radiación ambiental que produce mutaciones haya sido
factor importante en la evolución de las especies.
La Teoría del Todo
Es un intento de unificar las 4 fuerzas fundamentales expresadas en una
sola ecuación para que responda las preguntas básicas sobre el Universo
La Teoría del Todo o Teoría Unificada fue uno de los grandes objetivos, tal
vez, el más importante para Einstein
Dedicó los últimos 30 años de su vida para alcanzar ese objetivo, pero hasta
hoy no existe una manera de hacerlo
La teoría del todo debe explicar todas las fuerzas de la Naturaleza y todas
las propiedades de la energía y de la materia
Debe explicar también la interacción entre las fuerzas fundamentales
Ofrecer una visión consolidada sobre el origen del universo
Establecer una pauta sólida sobre la existencia o no de otros universos
Para cumplir con esas tareas, la Teoría del Todo deberá unificar la relatividad
y la mecánica cuántica
Einstein creía que una eventual Teoría del Todo sería muy real, pues concibe
al universo como algo armónico y ordenado
Algo en el que todo está relacionado y tiene un propósito
Al final, se quedó solo en la tarea de encontrar esa teoría del todo
Unificación de tres fuerzas
En el siglo XIX, Maxwell unificó las fuerzas eléctrica y magnética, dando
lugar a una síntesis que se llamó electromagnetismo
Luego quedó unificada con las fuerzas fuertes y débiles
175

Eso, por el lado de las partículas elementales
Con la relatividad, Einstein unificó espacio y tiempo; después el espaciotiempo
con la gravedad, todo ello a comienzos del siglo XX, la relatividad
Lo que no se ha podido unificar hasta el momento es el cuerpo completo de
la relatividad con el todo de la mecánica cuántica
La relatividad es la ley de los astros y las galaxias
La cuántica rige en las partículas subatómicas
Se logró unificar 3 de las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza:
electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil
Las tres se adaptan tanto a la relatividad como a la cuántica
Pero la gravedad aún no tiene una explicación aceptable de sí misma
De este modo, aparece incompatible con el “todo”
Pero la teoría de cuerdas puede ser la respuesta que Einstein buscaba
La teoría de cuerdas podría sintetizar una teoría del todo, dado que una de
sus variantes, la teoría M, podría unificar la gravedad
Para la teoría M, la gravedad no sería una fuerza sino un tipo de partícula
provocada por una especial vibración de las cuerdas
Esta partícula elemental sería un bosón llamado gravitón
Pero hasta la fecha es sólo una teoría sin demostrar
Al presente no ha sido posible alcanzar la teoría del todo; a esto se suma
una duda adicional: ¿será posible la existencia de una Teoría del Todo?
La Teoría M
La Teoría M, lo vimos, es una teoría física propuesta como una Teoría del
Todo, que unifica las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza
Fue planteada inicialmente por Edward Witte; su propuesta combinaba las
cinco teorías de supercuerdas y supergravedad en once dimensiones
176

Tiene su origen en la teoría de las cuerdas, según las cuales todas las partículas
son diminutas cuerdas que vibran con cierta frecuencia
Según esta propuesta, las partículas son cuerdas vibrando a cierta frecuencia
en un espacio-tiempo que requiere al menos diez dimensiones
La teoría no tiene una aceptación unánime, dado que no existen pruebas
empíricas en su favor
La búsqueda de esas pruebas exige un nivel muy alto de energías, no disponibles
en la actualidad
Por otro lado, plantea problemas matemáticos no resueltos, por lo que sólo
se cuenta con hipótesis y tesis aún no probadas
Antecedentes
Hasta el siglo XIX, se pensaba que el átomo era el “bloque” más pequeño
de la materia y el elemento indivisible de la materia
En los primeros años del siglo XX se comprobó que incluía componentes
más pequeños llamados protones, neutrones y electrones
Esos elementos recibieron el nombre de partículas subatómicas
En los años del ‘60 se descubrieron otras partículas, también, subatómicas
En la década del ‘80, se descubrió que los protones, los neutrones y otras
partículas están conformados por pequeñas partículas llamadas quarks
Estas partículas están en continuos procesos de interacción, los que son
estudiados por la mecánica cuántica
Luego, en 1981, tendríamos un nuevo tipo de modelo sobre la conformación
de las partículas subatómicas, que sería llamada Teoría de Cuerdas
El modelo proponía que todas las formas de organización de la materia
estaban conformadas por “cuerdas”
177

La forma de estos “lazos” sería perceptible sólo a escalas de longitud
comparables con la constante de Planck
La teoría de las cuerdas plantea que el universo existe en varias dimensiones
espaciales, y la mayoría serían perceptibles a escalas muy reducidas
Altura, ancho y longitud son las dimensiones espaciales a las que se agrega
el tiempo para un total de 4 dimensiones; las primeras tres, observables
La teoría de cuerdas postula la existencia de once dimensiones, aunque
concede que las siete adicionales no pueden ser detectadas
Estas cuerdas vibrarían en varias dimensiones y las tres dimensiones espaciales,
podrían percibirlas como materia, luz o gravedad
La frecuencia y longitud de onda de las vibraciones determinan si se trata
de materia o de energía, pero ambas resultarían de esas vibraciones
En la actualidad hay cinco teorías de cuerdas basadas en un universo de 11
dimensiones, y todas parecen ser correctas
Pero los científicos no están conformes con la existencia de cinco conjuntos
de ecuaciones para describir el mismo fenómeno
A mediados de los años 90, Edward Witten y otros importantes investigadores
consideraron algo complementario
Plantearon la posibilidad de que las 5 versiones de la teoría de las cuerdas
podrían describir lo mismo, desde diferentes perspectivas
Se propuso la unificación en una teoría llamada Teoría M, en que la «M» se
interpreta como «membranas».
La Teoría M agrupó las teorías de cuerdas; postulo que las cuerdas son
realmente «anillos» unidimensionales de una «membrana» bidimensional
Esa membrana vibraría en un espacio unidimensional
178

De acuerdo con esa percepción, el universo estaría fundamentalmente
compuesto por objetos unidimensionales, similares a una cuerda
Estas cuerdas serían tan pequeñas que incluso en la diminuta escala de la
constante de Planck, serían diminutas en extremo
La teoría de cuerdas presenta algunos obstáculos interesantes, aparte de
las 11 dimensiones para que para que las cuerdas puedan vibrar
Las cinco teorías difieren unas de otras por la clase de cuerdas a las que
perciben y en la forma en que implementan la súpersimetrías
Vimos que la súpersimetría está en el mundo de la teoría de súpercuerdas
Escepticismo
La teoría-M ha sido el objetivo de un escepticismo para varios físicos
Un argumento se basa en la ausencia de alguna predicción "clara" verificada
en un experimento
Otro argumento es que la teoría no conserva algunas propiedades de la
Relatividad General y que tiene un sesgo notorio con la física de partículas
Quienes avalan la teoría de cuerdas responden que la física de partículas
ha sido probada de forma más precisa que la Relatividad General
La teoría sigue en la cuerda floja hasta las investigaciones logren nuevos
hallazgos para ponerla en una dimensión científica firme
Universos Paralelos
Matemáticamente, los físicos han llegado a la conclusión que hay muchos
universos paralelos en la décimo primera dimensión
Algunos serían membranas de tres dimensiones como nuestro Universo
Otros universos serían simples capas de energía
Hay membranas cilíndricas y también membranas enlazadas; cada una de
estas membranas es un posible Universo
179

Los otros universos paralelos, estarían muy cerca de nosotros, pero nunca
los percibimos
Una teoría alternativa del Big Bang
El Universo se habría creado a partir de la colisión de dos membranas
Al colisionar podría haberse producido un Big Bang
De este modo, el Big Bang sería la consecuencia del encuentro entre
dos mundos paralelos
El Big Bang ya no sería un punto desconocido que explotó en una la singularidad
que desapareció
Las membranas Branas no son perfectamente planas, de acuerdo a la teoría,
deberían tener ondas
Las membranas Branas son universos paralelos que se mueven en la décimo
primera dimensión, como si fueran ondas
Las ondas habrían causad los grupos de materia después del Big Bang
Cuando las Branas chocan la colisión puede explicarse con la teoría M
Después comenzaría el trabajo de los científicos y matemáticos
Cosmología de la Branas
La existencia de Branas antes de la singularidad del Big Bang, implica
que el tiempo existió antes del Big Bang
Esta teoría todavía no está aceptada, pero la teoría M podría explicar todo
en el Universo, podría ser la teoría que le faltaba a Einstein
En este caso nuestro Universo sería uno entre un número infinito de membranas;
estaríamos en un multiverso, cada uno con sus propias leyes
Los Big Bang de ese tipo, probablemente ocurren con gran frecuencia
180

Nuestro universo coexistiría con otras membranas o con universos que estrían
también en proceso de expansión
Por lo tanto, nuestro universo podría ser una burbuja flotando en el seno de
otras burbujas ¿Se puede crear un universo en el laboratorio?
Lo dijimos ya, la Teoría de Cuerdas ya no concibe las partículas atómicas
como puntos, sino como cuerdas que vibran en más de 4 dimensiones
Antes de la teoría de Cuerdas, la física consideraba que una partícula es un
punto que se mueve en un espacio tridimensional
En cambio, las cuerdas oscilan en el espacio-tiempo y el modo de vibración,
puede convertirlas en fotones o en cualquier otra partícula
El Taquión
La Teoría de Cuerdas introduce el 10Ttaquión10T, una partícula no identificada
experimentalmente que viajaría a una velocidad mayor que la de la luz
Fenómeno que no estaría en la teoría de la relatividad de Einstein
La posibilidad de que existan 10Tuniversos paralelos, es una de las hipótesis
10Tmás atractivas de la teoría de Cuerdas
Teorías Relacionadas con la Teoría de Cuerdas
La teoría de 10TAgujeros de Gusano10T, lo vimos, se refiere a un túnel que conecta
dos puntos del espacio-tiempo o dos Universos paralelos
181

Nunca se ha comprobado que hubiera un Agujero de Gusano y no está
demostrado que existan, aunque son posibles matemáticamente
Descubrimiento del primer pulsar
La señal de los primeros pulsares, detectada por un radiotelescopio, tenía
un intervalo exacto de 1,33730113 segundos
En julio de 1967 Jocelyn Bell y Antony Hewish captaron estas señales de
radio de corta duración
Pensaron que podrían haber establecido contacto con una civilización extraterrestre,
dada la precisa regularidad de la emisión.
Los llamaron LGM, por Little Green Men
Luego se descubrieron 3 nuevos pulsares emitiendo en radio a diferentes
frecuencias
De este modo dedujeron que estos fenómenos debían ser producto de fenómenos
naturales
Anthony Hewish recibió en 1974 el Premio Nobel de Física por este descubrimiento
y por el desarrollo de su modelo teórico.
Jocelyn Bell no recibió condecoración por ser únicamente una estudiante
de doctorado, aunque fuera ella quien advirtió la primera señal de radio
Al presente se conocen más de 600 pulsares con períodos de rotación diversos,
los que van desde el milisegundo a unos pocos segundos
Tienen un período promedio de rotación de 0,65 segundos; la precisión de
la rotación de estos objetos es de una parte en 100 millones
El Experimento EPR
Ya lo comentamos, pretendía medir al mismo tiempo velocidad y posición
de una partícula sin observarla directamente y no contaminar el resultado
182

En los experimentos de laboratorio es frecuente que una partícula se desintegre
en dos partículas gemelas, disparadas en direcciones opuestas
Las dos nuevas partículas se separan entre sí, pero conservan idénticas
propiedades una con relación a la otra
Si se mide la velocidad de una, se sabrá la de la otra
El observador ya no influye en el resultado, pues la segunda partícula no
ha sido observada directamente
De este modo se conoce la velocidad exacta de la segunda partícula
Si se mide la posición en la segunda partícula, se obtendrá la de la primera
sin necesidad de observarla
Eso sucede porque ambas están equidistantes del punto inicial en direcciones
opuestas; los datos obtenidos serán objetivos y reales
Hay una transmisión de información entre ellas que es instantánea, no es
que la información haya viajado más rápida que la velocidad de la luz
Es algo más extraño, da la impresión de que el espacio físico entre ambas
partículas no existiera
Este fenómeno se denomina entrelazamiento cuántico o conexión cuántica
Dos partículas que, en algún momento estuvieron unidas, siguen estando
de algún modo relacionadas
No importa la distancia que haya entre ambas, aunque se hallen en extremos
opuestos del universo, la conexión entre ellas es instantánea
El modelo estándar, que domina la física actual, sigue planteando muchos
interrogantes y algunas contradicciones
La teoría de cuerdas parece dar respuestas
183

Sin embargo, la tecnología actual no permite una comprobación empírica,
por lo que varios científicos la rechazan
El fluir del tiempo
La experiencia del tiempo que fluye siempre en una dirección única, de
pasado a futuro, es común a todos
Hasta principios del siglo XX se creía que el tiempo era absoluto y que
transcurría siempre hacia delante
Con la teoría de la relatividad, el tiempo, tal como lo vivimos, pasó a ser
sólo una ilusión y hasta hoy, no hay una ley que pruebe que el tiempo fluya
De la relatividad especial puede deducirse incluso que el tiempo no fluye
Schrödinger formuló su ecuación de onda de probabilidad cuántica
Una partícula puede tomar distintos caminos a la vez, y lo mismo podría
suceder con el tiempo
La física no distinguiría y sería igual de correcto que el tiempo fuera hacia
el futuro o hacia el pasado
Otra solución nos lleva a los primeros instantes del Cosmos
La flecha del tiempo es compatible con el Big Bang, como con la cosmología
inflacionaria y ofrecería una explicación aceptable
Pero esa explicación demanda la certidumbre de que el universo hubiera
estado altamente ordenado en sus primeros momentos
Conforme el universo se expande y pierde su orden inicial, el tiempo fluiría
siempre hacia delante
Es la teoría de la baja entropía inicial y parece avalada por las leyes de la
termodinámica; parece la respuesta más convincente
Pero aún se desconoce muchos fenómenos sobre los primeros instantes del
universo para saberlo; al presente la flecha del tiempo sigue sin respuesta
184

Nikola Tesla
Esta parte del capítulo pretende ser un homenaje a uno los más notables
físicos de la historia, Nikola Tesla
También es uno de los científicos más injustamente tratados en su tiempo
Nikola Tesla era un sabio como pocos en la historia del pensamiento
“¡Nuestras máquinas van a ser movidas por la fuerza desde cualquier lugar
del universo, pues en todo universo existe energía”
Ese lema de su estandarte científico y el objetivo que no pudo alcanzar debido
a que había intereses que se oponían a una energía libre
Nikola Tesla nació en Croacia en 1856
Tesla trabajó desde 1884 como asistente de Thomas Edison, a quién le
describió cómo podía mejorar el efecto del generador de Edison
El estadounidense le dijo que le daría 500 dólares si Tesla lo hacía
Luego de varios meses de trabajo Nikola logró el objetivo
Edison, no le pagó, al contrario, le dijo: “Tesla, usted no entiende el sentido
del humor de los norteamericanos”
Tesla tenía todas las de perder ante Edison, pues, científico de cepa se enfrentaba
a un hombre de negocios, también de cepa
Su más famosa invención fue la base para la transmisión inalámbrica de
corriente eléctrica, conocido como la Bobina Transformadora Tesla
Su argumentación se podía resumir en los siguientes párrafos
En el universo hay energía cinética; no pasará mucho tiempo antes de que
el ser humano tenga éxito en sincronizar su maquinaria con los engranajes
mismos de la naturaleza
Tesla estaba fascinado por la posibilidad de convertir energía del universo
en energía libre y gratuita para que llegara a todos por igual
185

Eso se lograría “conectándose a la verdadera fuerza de la naturaleza”
Tesla decía que podía transmitir noticias y energía sin usar alambres, pero
los banqueros ya habían comprado las minas de cobre
El cobre era la principal materia prima para fabricar los cables por los cuales
se distribuía la energía; no le permitieron lograr su objetivo
Creó una torre de alta tensión para demostrar el transporte de energía gratuito
y sin cable; solicitó más dinero para seguir con las investigaciones,
Por supuesto que le negaron y el proyecto Wrdenclyffe tuvo que ser abandonado
por falta de presupuesto; y su torre destruida
En 1934 Tesla declaró al periódico “The Times” y dijo:
“Espero vivir el tiempo suficiente hasta ser capaz de colocar un aparato en
esta habitación que se ponga en marcha con la energía de los medios que
se mueven alrededor”
En 1901 Marconi envió la primera señal de radio declarando que había inventado
la radio, aunque utilizó 17 patentes de Tesla
En 1943, después de la muerte de Tesla, la Corte Suprema corrigió el
error, pero los historiadores siguieron en la conspiración del olvido
Veamos algunos de sus descubrimientos e inventos
La radio
El motor de corriente alterna
La lámpara de pastilla de carbono (luz de alta frecuencia)
El microscopio electrónico
Un avión despegue y aterrizaje vertical
El radar
El submarino eléctrico
186

P
La Bobina de Tesla
El control remoto
Los Rayos X
Métodos y herramientas para el control climático
Transmisión de video e imágenes por métodos inalámbricos
Transferencia inalámbrica de energía
Sistemas de propulsión de medios electromagnéticos
Extracción de energía desde cualquier punto de la Tierra
Sin embargo, Leonid y Sergey Plekhanov
del Instituto de Tecnología y Física
de Moscú, son un par de científicos rusos
que han estudiado a profundidad el
trabajo de Nikola Tesla y dicen que harán
una realidad el proyecto de la torre
de energía gratuita y perpetua de Tesla,
quien solo alcanzó a construir un prototipo,
la Wardenclyffe Tower.
Para construir la Torre de Tesla 2.0, los hermanos Plekhanov actualmente
están juntando fondos, necesitan 800000 dólares
Además, los científicos creen que la necesidad eléctrica mundial podría
2
ser satisfecha con la instalación de un panel solar de 316 kmP
El panel sería instalado cerca del Ecuador; la declaración es una interpretación
libre de la teoría de Tesla
Energía gratuita sin cables inalámbrica que viajaría por el planeta a través
de estas torres que Nikola diseño
Antes de lograr ese objetivo será preciso luchar en contra de los magnates
que se opones a una energía libre por sus inversiones.
¿Alguna pregunta?
187

-como de costumbre, hemos entendido todo profe; ahora queremos un
nuevo desafío de Bono y, luego, la palabra bella
Observen las tres siguientes figuras:
¿Qué podrían hacer con ellas?
Luego de varios cambios de ideas entre las comisiones, todos presentan la
misma figura
=
¡Insuperable!
Ahora, la palabra bella, profe
Un soplo rojo sopla la Carabela; de infinito en infinito se bambolea
El espacio ondula en vaivenes sin ritmo
Recibe los corpúsculos de denso fuego
Explota una brizna, las esquirlas forman un nuevo universo
El tiempo torna a nacer sin haber nunca muerto
Las esquirlas primeras se van ¡se van tan lejos!
188

Las sombras de luz surcan los vírgenes vacíos, extendiendo el tiempoespacio
más allá de la nada
La tormentosa cabellera ondea a todos lados sin encontrar frontera en ninguno
de ellos; ya se forma el Infinito
No porque más allá de algo no haya nada, pero porque más allá de esto
hay aquello;
El gran impulso ya frena para caer otra vez en el enorme caldero
Infinitos soplos rojos soplan las infinitas carabelas, que de infinito en infinito
bambolean, bambolean
-¡Es la teoría de las branas y de los múltiples Big Bangs
-Cada vez los admiro y respeto más
Con este capítulo damos por concluido el curso “Física Moderna”
Los tres capítulos que siguen son complementarios
Nos muestran las fechas y los grandes hallazgos de la Física
189

17
PRINCIPALES HALLAZGOS
DE LA FÍSICA (I)
La información de éste y los dos subsiguientes capítulos provienen de la
página de Internet; CONYCIT
Los Rayos X (1895)
Aunque ahora se atribuye el descubrimiento a Nikola Tesla
Wilhelm Röntgen descubre los rayos X y estudia sus propiedades; experimento
con un tubo de rayos catódicos
Previamente, los había forrado en un grueso papel negro
El tubo además emitía unos misteriosos rayos que tenían la propiedad de
penetrar los cuerpos opacos logra imprimir la primera radiografía en 1895
Los llamó rayos X. Por este aporte fue galardonado con el primer premio
Nobel de Física, en 1901
La Radiactividad
En 1898, Henri Becquerel descubre que el uranio emite una penetrante radiación
se descubre la radioactividad y se aísla el radio
Dos años más tarde, sus colegas Marie y Pierre Curie logran aislar el radio,
con sus emisiones positivas (alfa) negativas (beta) y neutras (gama)
El Electrón
Joseph John Thomson experimenta con rayos catódicos, observados en tubos
vacíos bajo alto voltaje
190

En 1897 llega a la conclusión de que son “cuerpos negativamente cargados”;
son los electrones, las primeras partículas indivisibles encontradas
Los Cuantos
Max Planck investiga los colores del calor de la materia incandescente
En el año 1900 asume que la emisión y absorción de radiación ocurre en
cantidades discretas y cuantificadas de energía
Max Planck propone el quantum de energía
Su hallazgo marcó el inicio de la teoría cuántica de la materia y la luz
Ondas de radio
En el año 1901, Guglielmo Marconi logra la generación de ondas de radio
que son detectadas al otro lado del océano Atlántico
Después de unos pocos años, la radio es ampliamente usada por los barcos
en el mar y en todos los lugares
La dualidad onda-partícula de la luz
Albert Einstein declara que la luz, que tiene propiedades de onda, también
estaba formada por paquetes de energía cuantificados y discretos
En 1905 estos paquetes de energía fueron llamados fotones.
Este modelo explica el efecto fotoeléctrico, esto es, la luz "expulsa" electrones
de una placa de metal
Con el hallazgo de Planck y el aporte de Einstein nace la Física Cuántica
La Relatividad Especial (1905)
Einstein publica su teoría de la relatividad especial
En esa obra propone una nueva definición al tiempo y al espacio
Nada puede 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=mc 2 )
191

Clasificación de las estrellas (1908-1913)
Ejnar Hertzsprung y Henry Norris Russell correlacionan la energía emitida
por una estrella con su temperatura
Esto ordena los tipos estelares desde las rojas hasta las enanas blancas, y
permite la comprensión de cómo las estrellas nacen y mueren
La forma nuclear del átomo
Ernest Rutherford (físico neozelandés que trabaja en Inglaterra) propone el
modelo nuclear del átomo, en 1911
Lo hace para explicar el "rebote" de las partículas alfa desde una delgada
lámina de oro: el mismo año se descubre la superconductividad
El físico holandés Heike Kamerlingh Onnes observa que el mercurio pierde
su resistencia eléctrica a temperaturas cercanas al cero absoluto
La estructura atómica de los cristales
La técnica de la cristalografía de rayos X muestra la simetría de los cristales
sólidos y revela la disposición de los átomos 1911-1912
Esos experimentos fueron desarrollados por William y Henry Lawrence
Bragg, padre e hijo, en Gran Bretaña y Max von Laue en Alemania en 1911
Nuevo modelo atómico
Se expone el modelo de átomo de Niels Bohr, físico danés en 1913
En la nueva estructura del átomo, los electrones giran a grandes velocidades
en órbitas circulares alrededor del núcleo
Lo hacen ocupando la órbita de menor energía posible, esto es, la órbita
más cercana al núcleo
El electrón puede “subir” o “caer” de nivel de energía, para lo cual necesita
"absorber" o “emitir” energía, vg. en la radiación o de fotones
La teoría cuántica explica el espectro del hidrógeno
192

Niels Bohr usa la idea del quantum para predecir la longitud de onda de la
luz emitida por el hidrógeno incandescente
La Relatividad General
Albert Einstein extendió su teoría especial para describir la gravedad como
una propiedad inherente al espacio-tiempo de cuatro dimensiones
Con la teoría de la relatividad general, en 1915, Einstein reemplaza la ley
de gravedad de Newton por una ecuación que explica la gravitación
El universo expone la curvatura del espacio-tiempo; la teoría comprueba
correctamente la desviación gradual de la órbita del planeta Mercurio.
Se determina la magnitud de la constante cuántica
En 1916, el norteamericano Robert Millikan usa el efecto fotoeléctrico que
Einstein explicó en 1905, para medir h, la constante matemática de Planck
De esta manera define la energía del quantum
El Telescopio gigante
Empieza sus operaciones en 1917, luego de haber sido instalado en la cima
del Monte Wilson, en California
Tiene un espejo de 100 pulgadas y fue el más grande durante 30 años
El lugar es elegido por la tranquilidad y claridad de su atmósfera.
Se comprueba la teoría de Einstein (1919)
Se produce un eclipse solar
La Real Sociedad Astronómica envía a un grupo de científicos para observar
el fenómeno y confirmar o no la teoría de Einstein sobre la gravedad
Durante el 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
193

La Expansión del Universo (1922)
La teoría de la relatividad general pronostica la expansión del universo,
aunque Einstein en un principio rechazó el resultado
La teoría general predijo que todo el espacio-tiempo se expande, como
señaló el matemático y meteorólogo Alexander Friedmann
La dualidad onda-partícula de la luz (1923)
Las investigaciones de Arthur Holly Compton confirman el estado dual de
la luz, pues las ondas electromagnéticas se comportan como partículas
Se generaliza la dualidad onda-partícula de la materia (1923)
Se propone la dualidad onda-partícula de la materia, no sólo de la luz
Louis de Broglie generaliza la dualidad onda-partícula postulando que las
partículas de materia también se comportan como ondas.
La Naturaleza de las Galaxias (1923)
Se descubre la naturaleza de las galaxias
Edwin Hubble, usando el telescopio del Monte Wilson, determina que la
galaxia Andrómeda está a un millón de años luz
Luego afirmó que estaba a dos millones de años luz
Esto resuelve un largo debate sobre las distancias cósmicas
El principio del primer cohete (1924)
Hermann Obert muestra cómo un cohete puede desarrollar suficiente velocidad
de salida para vencer la atracción gravitacional de la Tierra
Nuevos fundamentos para la mecánica cuántica (1925)
Werner Heisenberg aplica las matemáticas de matrices para dar cuenta de
los cuantos de luz discretos emitidos y absorbidos por los átomos
Su hallazgo provee de una estructura a la nueva física cuántica.
La estructura estelar (1925)
Comienza el estudio de la estructura estelar
194

El astrofísico Arthur Eddington encuentra una relación entre la masa de
una estrella y la energía que irradia
La naturaleza de la materia (1926)
La ecuación de Erwin Schrödinger describe la naturaleza ondulatoria de la
materia por medio de una ecuación matemática
La mecánica cuántica se fortalece y consolida
La Televisión (1926-1928)
Baird transmite la primera imagen de televisión de objetos en movimiento;
envía una película con tecnología inalámbrica que cruza el Atlántico
Se prueba la dualidad onda-partícula (1927)
Clinton Davisson y Lester Germer, del laboratorio de Teléfonos Bell, muestran
que los electrones "rebotan"
Rebotan desde una hilera de átomos en un cristal de níquel, de manera que
las ondas de luz se reflejan y difractan desde una superficie corrugada.
El Principio de Incertidumbre (1927)
Werner Heisenberg establece su principio cuántico de incertidumbre
De acuerdo con el principio, es imposible medir exactamente la posición y
velocidad de una partícula al mismo tiempo.
Origen de la Teoría del Big Bang (1927)
Se postula que el universo comenzó desde un único evento
Georges Lemaitre, postula que el universo comenzó su expansión desde
un pequeño y caliente “huevo cósmico”
Tal el origen de la teoría del Big Bang.
Cambio de la longitud de la luz (1928)
Se descubre una nueva interacción entre la luz y la materia.
195

Chandrasekhara Venkata Raman anuncia que un haz de luz cambia su longitud
de onda si es desviado por la materia
Se predicen las antipartículas (1928)
Combinando la relatividad especial con la mecánica cuántica, Paul Dirac
elabora una ecuación para el comportamiento de los electrones
Al hacerlo también predice la existencia de nuevas partículas con propiedades
similares pero carga opuesta, llamadas antipartículas
Se establece la expansión del universo (1929)
Edwin Hubble descubre que mientras más lejos está una galaxia de nosotros,
más de su luz se desplaza hacia el rojo
Eso quiere decir que se separa de nosotros cada vez más rápido; este hallazgo
apoya la versión sobre la expansión del universo lanzada en 1922
Se inventa el motor de reacción a chorro (1930)
Frank White patenta el primer motor de reacción a chorro, que sería puesto
a prueba en un vuelo realizado en 1941.
Se inventa el plástico (1930-1935)
Hermann Staudinger muestra cómo las moléculas forman cadenas de polímeros,
estructura fundamental del plástico
Además, sugiere cómo hacer polímeros; Wallace Hume Carohers desarrolla
el nylon y la goma sintética
Se descubre el neutrón (1932)
James Chadwick bombardea berilio con núcleos de helio y encuentra el
neutrón, el segundo constituyente del núcleo atómico junto con el protón
Esta partícula eléctricamente neutra puede ser usada para bombardear el
núcleo y producir efectos de fusión o fisión
Se encuentra la primera antipartícula (1932)
Carl D. Anderson examina los rastros dejados por un rayo de partículas
cósmicas en una cámara de niebla
196

Anderson descubrió la huella de la trayectoria de un electrón positivo, o
positrón, cuya existencia había sido adelantada por Paul Dirac en 1928
Los Agujeros Negros (1932)
Se postula el mecanismo de creación de agujeros negros
Basado en la teoría de la relatividad general, Karl Schwarzschild había postulado
en 1916 una nueva propiedad de un cuerpo denso
Dijo que puede producir un efecto gravitacional tan fuerte que la luz no
podría escapar; esto es, un agujero negro
En 1932, Subrahmanyan Chandrasekhar calculó que una estrella de cierta
masa colapsa bajo su propia gravedad y deviene en una enana blanca
Dijo que para una masa mucho mayor el colapso puede llevar a una estrella
de neutrones y finalmente a un agujero negro
Se inventa el ciclotrón (1932)
Ernest O. Lawrence y M. Stanley Livingston construyen un ingenioso dispositivo
para estudiar el núcleo atómico
Los sondea con partículas subatómicas energizadas
Su ciclotrón acelera esas partículas haciéndolas pasar repetidamente por
un ciclo a través de un campo eléctrico
Produce partículas con una energía extremadamente alta
El diseño inspira generaciones de aceleradores de partículas que examinan
el núcleo y las partículas elementales.
La Materia oscura (1933)
Fritz Zwicky examina la rotación de las galaxias
Deduce que ellas deben contener más masa de la que podemos ver y llama
a este inexplicable material “materia oscura”.
197

Se producen isótopos radioactivos artificiales (1934)
Irène Joliot-Curie (hija de Pierre y Marie Curie) y su marido, Frédéric Joliot-Curie,
bombardean aluminio con núcleos de helio
Con ellos se intenta producir un isótopo radioactivo artificial: fósforo-30.
Los isótopos radioactivos son prontamente utilizados en exámenes biológicos
como la toma de yodo desde la glándula tiroides
Se inventa la fotocopiadora (1935-1938)
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 fue la Xerox en 1959
El sonido se graba en una cinta magnética (1936)
El dispositivo llamado “magnetófono” usa cinta magnética
El primero fabricado de polvo magnético aplicado a una tira de papel, para
grabar un concierto dirigido por Sir Thomas Beecham
Se encuentra un “electrón pesado” (1937)
Entre los rayos cósmicos examinados en una cámara de niebla, Carl D. Anderson
y Seth Neddermeyer encuentran el muón
Es una partícula elemental 200 veces con mayor masa que un electrón
Se inventa el radar (1937)
El radar empieza a operar
Robert Watson-Watt y otros ingenieros británicos desarrollan el radar
(acrónimo de “Radio Detection and Ranging”
Un método para detectar objetos distantes iluminándolos con ondas de radio
y midiendo la señal reflectante
198

Su primera aplicación fue en la defensa aérea.
El mecanismo de producción de energía de las estrellas (1938)
La física clásica no puede cuantificar la enorme energía que genera una
estrella de tamaño promedio como nuestro sol
El físico Hans Bethe explica este fenómeno en términos de la teoría de las
reacciones nucleares y estimó la alta temperatura dentro de las estrellas
Anunció que esas altas temperaturas causan que los núcleos de hidrógeno
se fusionen, constituyan helio y liberen una gran energía
Se encuentra un nuevo tipo de comportamiento de fluidos (1938)
Trabajando a temperaturas cercanas al cero absoluto, Pyotr Kapitsa encuentra
que el helio líquido tiene propiedades de súperfluido
Fluye casi sin ninguna fricción interna
Se observa la fisión nuclear en el uranio (1938-1939)
Otto Hahn y Fritz Strassmann detectaron "elementos livianos" en el uranio
irradiado con neutrones
Lise Meitner y Otto Frish explican este resultado como una fisión nuclear
La primera radio de frecuencia modulada (FM) (1939)
La estación FM WKCR introduce la radio libre de estática en Nueva York.
En 1941 la estación se pone en operaciones regularmente, programada por
el Radio Club de la Universidad de Columbia.
El primer helicóptero comercial 1939
Vuela el primer helicóptero diseñado para la producción en masa, luego
del primer intento de construir un helicóptero en 1910
Igor Sikorsky usa los nuevos conocimientos en aerodinámica para construir
y volar exitosamente su helicóptero VVS-300.
¿Alguna pregunta?
199

¿Otra muestra del pensamiento paralelo?
Observemos la siguiente figura y deduzcamos que otras podemos formar
tomándola como base
El primer grupo presentó su trabajo:
Otro mostró la siguiente
Un tercer grupo exhibió su dibujo
Lo mismo hizo el cuarto
200

Y el quinto no se quedó atrás
¡Sobresaliente, estimados alumnos!
Profe, ahora la palabra bella
La Selecta se despereza en su pedestal de humo, estira el puño
Ha simulado dormir en los siglos; ha cedido el paso
Ha hecho huella propia de huella ajena
Ha visto que el miedo alcanza donde no la grandeza ni el honor
pero más aquí del hambre
Que el cariño abarca a do no mella ni honor, ni hambre, ni miedo ni grandeza;
ha visto que Ser es más que ser
Enterrada en el surco, ha sido semilla de donde todo ha germinado
mas, no la semilla misma
Ha recibido el pétalo, simulando no haber visto el guante de hierro
Se ha sorprendido que el sentir de los sentires no sea táctil
La Selecta se despereza y estira el puño
Ya no germinante busca el salto al remolino
La semilla estará en la probeta y en la duna del desierto
Al guante de hierro, soplete de fuego
201

Que no quiera, reiterar el amor por mandamiento, ni condenar a Dios, otra
vez, a verdugo de la hoguera
La Selecta se despereza en su pedestal de humo
La Historia se ha ido; la Historia empieza
Una de las alumnas pide la palabra
Profe, como mujer siento en lo más recóndito de mí que las líneas que usted
nos ha mostrado, recuerdan la discriminación de que somos objeto
Al mismo tiempo, anuncia que la nueva historia traerá la igualdad de hombres
y mujeres en lo que se refiere a la igualdad de oportunidades
Cuánta razón tiene cuando dice: La Historia se ha ido; la Historia empieza
En nombre de las mujeres, yo le agradezco esta parte de la palabra bella
De inmediato toma la palabra un varón:
Profe; las mujeres ya no estarán solas, nosotros estaremos con ellas para
luchar, lado a lado, por la igualdad de oportunidades para todos.
(El profe reflexiona que tal vez las nuevas generaciones sean los arquitectos
de un mundo que ansía ser otro)
202

18
PRINCIPALES HALLAZGOS
DE LA FÍSICA MODERNA (II)
El primer reactor nuclear (1942)
Debajo de las galerías del estadio de la Universidad de Chicago, un equipo
encabezado por el Enrico Fermi inició la primera reacción en cadena
Fue una reacción de fisión nuclear controlada, en una “pila atómica” que
contenía uranio y grafito.
Se produce el plutonio (1942)
También se aísla el uranio–235; se realizan dos descubrimientos fundamentales
den 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
John Dunning y su equipo 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 fueron la base de la producción de la bomba
atómica
El precursor de la primera computadora
Alan Turing entra a trabajar para el GC&CS como criptoanalista
Apenas tiene 26 años.
Había estudiado en el King’s College de Cambridge y obtuvo el doctorado
en la Universidad de Princeton, donde ha profundizado en criptología.
203

Además, publicó textos sobre computación que serán el germen del ordenador
moderno
El aporte de Turing sirvió para decodificar los mensajes alemanes durante
la Segunda Guerra Mundial
Se termina el primer gran radiotelescopio (1947)
Sobre el trabajo de Karl Jansky, Bernard Lowell y sus colegas construyen
un radiotelescopio de 218 pies de diámetro, en Jodrell Bank (Inglaterra)
Se inventa el transistor (1947)
John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain son los inventores
Se trata de un amplificador electrónico compuesto por pequeñas piezas de
material semiconductor
Este es el precursor del circuito integrado y de los chips de memoria.
Se descubre el pión (1947)
Con métodos fotográficos, Cecil Frank Powell encuentra evidencia en los
rayos cósmicos estudiados del mesón pi o pión
La existencia de esa partícula fu pronosticada por Yukawa en 1935
Se formula la teoría moderna de luz (1948)
También la electrodinámica cuántica
Richard Feynman y Julian Schwinger y Sin-Itiro Tomonaga, desarrollan la
electrodinámica cuántica (QED)
Es la primera teoría completa de la interacción de fotones y electrones.
Se modela el núcleo atómico (1949)
María Goeppert Mayer y Hans Jensen, describen que el núcleo atómico
está constituido por capas esféricas de neutrones y protones
Esto explica la especial estabilidad del núcleo.
204

La memoria de núcleo magnético para computador (1949)
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
Servirían para representar los números binarios 1, 0
Su memoria de centro de ferrito, tridimensional y de alta velocidad, llega a
ser un hito en el diseño de computadores.
Se publica investigación pionera en física de plasma (1950)
En electrodinámica cósmica, Hannes Alfvén resume su trabajo temprano
en física del plasma y el estudio de los gases ionizados
Revela los fenómenos del campo magnético de la Tierra como la aurora
boreal, la ciencia del espacio, y con investigaciones en fusión nuclear
El primer computador electrónico (1951)
John Mauchly y John Eckert construyeron una computadora con 5 mil tubos
al vacío y almacenamiento de datos en cinta magnética
En 1952, un computador Univac recopiló la votación presidencial de Estados
Unidos, anticipando el triunfo de Dwight Eisenhower.
Se analiza el ADN usando rayos X (1952)
Rosalind Franklin realiza estudios del ADN utilizando rayos X; estos estudios
se usan luego para establecer la estructura del ADN.
El precursor del láser (1952-1953)
Charles H. Townes y Alexander Mikhailovich Prokhorov y Nikolai Gennadiyevich
Basov sugieren una forma de inducir a las moléculas
El objetivo es que emitan microondas intensas y coherentes
La estructura de doble hélice para el ADN (1953)
Maurice Wilkins y Francis Crick y James Watson, descubrieron la estructura
de doble hélice de la compleja molécula orgánica
Es la que codifica la información genética: el ADN.
205

Se inventa la celda solar (1954)
Científicos de los laboratorios Bell desarrollan la celda fotovoltaica, un dispositivo
de silicio que usa luz solar para generar una corriente eléctrica
Nace la fibra óptica (1954-1956)
Abraham van Heel descubre que un revestimiento de película mejora la
transmisión de luz por fibras de vidrio
Ese hallazgo lo conduce al rápido desarrollo de esta tecnología
En 1956, Narinder Kapany acuña el término “fibras ópticas”
En 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 forma idéntica
Después de que Tsung-Dao Lee y Chen Ning Tang, declararon que algunos
procesos subatómicos violan esta ley
Un equipo liderado por Chien-Shiung Wu, confirma la predicción.
La primera nave espacial orbital (1957)
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.
Se explica la superconductividad (1957)
John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer resuelve el viejo acertijo de
la superconductividad, descubierta en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes
Demuestran que los electrones en superconductores forman pares cuyas
propiedades cuánticas les permiten viajar sin perder energía
Superconductividad es la capacidad que poseen ciertos materiales para
conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía
El circuito integrado (1958)
Robert Noyce y Jack Kilby, inventaron el circuito integrado, que incorpora
muchos transistores y otros componentes electrónicos en un solo chip
206

Ese chip está hecho del semiconductor
Túneles cuánticos (1958-1962)
Leo Esaki usa túneles cuánticos que permiten a los electrones con comportamiento
de onda, pasar barreras consideradas impenetrables
El nuevo dispositivo electrónico se llama “diodo túnel”
En 1962, Brian Josephson, estudiante de 22 años de la Universidad de
Cambridge, descubre algo que complementa lo anterior
Los pares de electrones pueden perforar un túnel entre dos superconductores
separados, un efecto que se usa en múltiples aplicaciones
Un nuevo efecto cuántico (1959)
David Bohm y Yakir Aharonov predijeron que un campo magnético afecta
las propiedades cuánticas de un electrón
Se construye el primer láser (1960)
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.
Láser semiconductores (1962)
Investigadores descubren que los dispositivos diodos basados en el semiconductor
arseniuro de galio convierten la energía eléctrica en luz
En la década de 1990, se fabricaron billones de láser semiconductores cada
año para usarlos en telecomunicaciones y reproductores de CD.
Se descubren los quásares (1963)
Marten 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 quásar conocido, un objeto que se ve similar a una estrella,
pero más brillante que algunas galaxias
207

Los quásares pueden ser asociados con agujeros negros gigantes
Se postula la existencia de los quarks (1964)
Murray Gell-Mann y George Zweig postulan en forma independiente la
existencia de los quarks que son partículas con cargas eléctricas
Esto introduce un nuevo orden dentro del mundo subatómico.
Ley de Moore (1965)
Gordon Moore nota que el número de elementos activos que se pueden
instalar en un chip de computador se duplica cada 18 meses
La ley de Moore continúa vigente por más de tres décadas
La Fibra óptica (1966)
Charles Kao y George Hockham demuestran las propiedades del vidrio
comoes un medio eficaz de transmisión a larga distancia
La pérdida de luz en las fibras de vidrio se podía disminuir enormemente
en las transmisiones de energía a larga distancia
Unificar las fuerzas fundamentales (1967)
Steven Weinberg, Sheldon Glashow y Abdus Salam crean la teoría “electrodébil”,
que une las fuerzas electromagnética y nuclear débil
La fuerza resultante se llama “electrodébil”
En 1983, Carlo Rubbia y su equipo confirman la predicción de esta teoría
Lo hacen con el descubrimiento de los bosones pesados W y Z, portadores
de la fuerza débil
El horno de microondas (1967)
La Corporación Raytheon adapta la tecnología del radar WW II para desarrollar
el horno de microondas para uso doméstico
Los neutrinos solares (1967)
La fusión termonuclear que da la potencia al Sol produce neutrinos, partículas
elementales que tienen muy poca masa o no la tienen
208

Raymond Davis construye el primer detector de neutrinos solares en las
profundidades de una mina de oro en los EEUU
Se descubren los púlsares (1967-1968)
Se los interpretan como estrellas de neutrones.
En Inglaterra, la estudiante graduada Jocelyn Bell y su asesor Anthony Hewish
descubren pulsos periódicos de radio de estrellas fijas
Thomas Gold propone que esos púlsares son estrellas de neutrones giratorias,
los remanentes densos de explosiones de supernovas.
El ser humano llega a la Luna (1969)
Se da inicio a la exploración humana directa de los cuerpos astronómicos
El astronauta Neil Armstrong se convierte en el primer ser humano que
camina en la Luna
Primera evidencia directa de los quarks (1969)
Jerome I. Friedman, Henry Kendall, Richard E. Taylor y otros encuentran la
primera evidencia de que los quarks existen sin duda alguna
La teoría original había sido propuestao en 1964
Los chips de silicio (1970)
La empresa Intel introduce los chips de memoria para computadores
Tenían una capacidad, capaces de almacenar 1024 bits de información
Aparece la fibra óptica (1970)
Se fabrica con éxito el primer lote de fibras ópticas con la transparencia
suficiente para realizar una comunicación efectiva
Grandes Telescopios (1970)
Telescopios de 157 pulgadas en Arizona y en Cerro Tololo (Chile) y una
unidad de 88 pulgadas en la cumbre del volcán Mauna Kea (Hawaii)
Además, un radiotelescopio de 300 pies de extensión comienza a hacer
observaciones cerca de Bonn (Alemania)
209

El Modelo Estándar (1970-1973)
Se desarrolla el modelo estándar de partículas elementales
El modelo estándar explica tres de las cuatro fuerzas fundamentales: electromagnética
y de interacción fuerte y débil; omite sólo la gravedad
Se introduce la resonancia magnética nuclear (MNR) (1971-1980)
Sirve para para el diagnóstico médico
En 1939, Isidor Isaac Rabi había mostrado cómo estudiar átomos y moléculas
mediante sus propiedades magnéticas
En 1946, Edward M. Purcell y Felix Bloch, aplicaron en sólidos y líquidos
En 1971, investigadores comienzan a adaptar esta técnica, para la producción
de imágenes y examinar estructuras internas del cuerpo
Teoría de las Súpercuerdas (1971-1980)
Se propone una posible teoría del todo o teoría de las Supercuerdas
Michael Green John Schwarz extienden la teoría de las a la teoría de las
supercuerdas.
La teoría de las Supercuerdas considera a las partículas elementales como
vibraciones de cuerdas diminutas
Para 1997, la teoría de las supercuerdas parece capaz de unir la mecánica
cuántica con la teoría de la relatividad
Así, explicar todas las partículas y fuerzas conocidas, inclusive la gravedad,
aunque no hay una prueba experimental todavía
Primer examen de tomografía computarizada (1972)
Con métodos desarrollados por Allan Cormack y Godfrey Hounsfield se
combina imágenes de rayos X mediante programas de computación
Se intenta así, mostrar el interior del cuerpo humano en tres dimensiones
210

El examen de tomografía computarizada se convierte en una técnica de
imágenes no invasivas de gran uso en medicina
Se encuentra una nueva forma de superfluido formado de helio
En en una muestra de temperatura apenas sobre el cero absoluto, Douglas
Osheroff, Robert Richardson y David Lee identifican el isótopo helio-3
Demuestran que se vuelve un superfluido, un líquido que fluye sin fricción
interna
La superconductividad (1911) la superfluidez (1938) y la acción láser
(1952) son ejemplos del comportamiento cuántico observable
Los agujeros negros emiten radiación (1974)
Se propone un mecanismo por el cual los agujeros negros emiten radiación
Stephen Hawking, declara que los agujeros negros pueden causar emisiones
de partículas subatómicas y evaporarlas
Primera conexión de fibra óptica (1976)
La prueba se realizó con éxito en AT&T, EE. UU; allí se instalaron dos cables
de fibra óptica, c/u medía 630 metros de largo y contenía 144 fibras
Se introduce el computador Apple II (1977)
Steven Jobs y Stephen Wozniak realizan la primera venta de un computador
personal ensamblado en vez de vender sólo partes
El Apple II incluye su propio teclado, fuente de alimentación y ocho zócalos
para dispositivos periféricos
Esas innovaciones permitieron a los usuarios posibilidades de incorporar
dispositivos y programas de software complementarios
Además de ser capaz de generar gráficos en color
No tuvo rival hasta la aparición del PC IBM en 1981.
211

Se confirma la existencia de la materia oscura (1978)
Fritz Zwicky, había propuesto en 1933, lo que sería confirmado por Vera
Rubin analizan la rotación de las galaxias
La gravedad es insuficiente para mantener juntos los objetos de una galaxia;
las galaxias también deben contener materia invisible u oscura
Se desarrollan las teorías de polímeros y cristal líquido (1979)
Pierre-Gilles de Gennes hace conocer el resultado de sus investigaciones
sobre los polímeros y cristal líquido..
Se propone el universo "inflacionario" (1980)
El Big Bang es generalmente aceptado como el origen del universo
Pero no explica detalles de la distribución de la radiación cósmica de fondo
y en otras observaciones
Alan Guth genera ideas de física de partículas que proponen que el Big
Bang fue seguido por un tiempo de crecimiento extremadamente rápido
Ésa es la base de la teoría Inflacionaria
Se utiliza el láser en cirugía (1981)
El láser remueve tejidos con el calor mínimo de su potencia
En 1961, solo un año después de este invento, un físico y oftalmólogo usa
un láser de rubí para destruir un tumor en la retina de un ojo humano
Luego, se desarrolla la cirugía láser para esculpir la córnea.
212

20
PRINCIPALES HALLAZGOS
DE LA FÍSICA MODERNA
(III)
Origen a la nanotecnología moderna (1981)
Se inventa el microscopio de barrido por efecto túnel; Gerd Binnig y Heinrich
Rohrer desarrollan un microscopio especial
Examina un espécimen midiendo minúsculas corrientes eléctricas entre la
superficie y una finísima punta metálica
La técnica puede producir un mapa generado por computadora de la superficie
mostrando los contornos de átomos individuales.
Se presenta el disco compacto (CD) (1982)
El disco compacto (CD) que porta información codificada como concavidades
leídas por un láser, es introducido con los reproductores de CD
Se descubre el carbono 60 (1985)
También llamado fullereno; Richard Smalley, Robert Curl y Harold Kroto
descubren que 60 átomos de carbón pueden ordenarse por sí mismos
Lo hacen en moléculas con forma similar a un balón de fútbol o una cúpula
geodésica como la diseñada por Buckminster Fuller
Estos fullerenos proveen una base flexible para el diseño y aplicación de
nuevos materiales.
Superconductores de “alta temperatura” (1986)
Karl A. Müller y Johannes Georg Bednorz descubren materiales que se
convierten en superconductores a temperaturas sobre el cero absoluto
Esto incrementa el rango de usos comerciales de la superconductividad.
213

Se detectan neutrinos (1987)
Neutrinos y rayos gamma desde una supernova
Se detecta neutrinos desde la Supernova 1987A, en la Gran Nube Magallánica,
lo que indica el colapso del corazón estelar
Los hallazgos subsiguientes de rayos gamma confirman la síntesis de elementos
pesados en la explosión
El primer cable transatlántico de fibra óptica (1988)
Se instala el primer sistema transatlántico de fibra óptica entre Europa y
Estados Unidos
La transparencia del cristal usado permite que los amplificadores estén
separados unos 64 km
El cable tiene una capacidad de 8.000 líneas telefónicas; los sistemas actuales
multiplican por 100 la esa capacidad
Se encuentra la Gran Muralla de galaxias (1989)
Luego de inspeccionar 5 mil galaxias, Margaret Geller y John Huchra encontraron
que estas están ordenadas en delgadas láminas
Esas láminas, a su vez, están enrolladas alrededor de huecos gigantescos
casi vacíos de galaxias, como burbujas de espuma de jabón
Entre esas láminas, la Gran Muralla se extiende por millones de años luz Es
la estructura más grande conocida del universo.
Se lanza la World-Wide Web (1989)
Tim Berners-Lee y sus colegas de la base suiza del Laboratorio Internacional
de Partículas Elementales CERN, crean el Protocolo
Ese protocolo de Traspaso de Hipertexto es un modo de comunicación estandarizado
para redes computacionales
El software, “apuntar y pulsar”, se introduce en 1993, y el HTTP se convierte
en el gran recurso de transferencia de información en Internet
214

1989-1992
Se explora la radiación cósmica de fondo
La NASA lanza el satélite Cosmic Background Explorer (Cobe) (Explorador
de Fondo Cósmico), en 1989
El Cobe graba mapas de variaciones por minuto en la radiación térmica,
representado por diferentes colores, a través del cielo.
El Telescopio Espacial Hubble (1990)
El gran telescopio comienza a operar
Se pone en órbita sobre la atmósfera oscura de la Tierra construido bajo la
supervisión de la NASA
Después de corregir un desperfecto, el Hubble examina el universo con
alta resolución en longitudes de onda desde el ultravioleta al infrarrojo
Se completa el GPS (1993)
Concluye las investigaciones sobre el Sistema de Posicionamiento Global
un proyecto que había durado 20 años
La Fuerza Aérea de Estados Unidos lanza los últimos de 24 satélites Navstar
que contienen relojes atómicos
Usuarios en cualquier parte de la Tierra pueden determinar ubicaciones
precisas desde esta red para diversos usos
Entre ellos, la navegación, la guía de tráfico automovilístico, la investigación
geofísica…
Un reactor de fusión nuclear (1993)
Trabajando a temperaturas más altas que las que existen en el interior del
Sol, se instala el reactor Tokamak de la Universidad de Princeton
El reactor genera megavatios de poder por un segundo mediante fusión
termonuclear de isótopos de hidrógeno
215

Aunque entrega menos energía de la que usa, constituye un paso importante
hacia la obtención de poder mediante fusión.
El acelerador del siglo XXI (1994)
El Consejo Europeo para la Investigación Nuclear [CERN]) aprueba la
construcción del más poderoso acelerador de partículas del mundo
Actualmente acelera y provoca la colisión de rotones de alta energía en
busca de objetos como el Bosón Higgs
El bosón interactúa con las partículas elementales dotándolas de masa
Nuevas técnicas físicas para secuenciar el ADN (1994)
El Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990 para analizar la secuencia
del ADN humano, la que nos daría un completo mapa genético (genoma)
En 1994 se proponen nuevos métodos físicos de secuencia
Varios usan rayos láser, métodos fotolitográficos desarrollados por la industria
de semiconductores y detección de moléculas individuales.
Se encuentra el quark top (1995)
Se detecta el sexto y último miembro de la familia quark de partículas fundamentales
La rotación del núcleo interno de la Tierra (1995)
Xiaodong Song y Paul Richards muestran que el corazón interior sólido de
la Tierra, es de 1.500 millas de diámetro
Y gira dentro del líquido externo del núcleo ligeramente más rápido que el
resto del planeta.
Un nuevo estado de la materia (1995)
Se alcanza por la condensación de miles de átomos (condensado Bose-
Einstein)
En 1924-1925, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein predijeron que átomos
muy fríos podrían condensarse en un único estado cuántico
216

En 1995, Eric Cornell, Carl Wieman y el equipo de investigación atrapan
una nube de 2 mil átomos metálicos congelados
Tenían una temperatura de menos de una millonésima de grado sobre el
cero absoluto, y produce el condensado de Bose-Einstein
Este logro conduce a la construcción del láser atómico en 1997
El nuevo estado de la materia alcanzado en este “superátomo”, se llamará
condensado Bose-Einstein o “burbuja mecánica cuántica”
Es decisivo en el desarrollo de la nanotecnología
La exploración de Marte (1997)
Una astronave de la NASA aterriza en Marte y deja el Sojouner un pequeño
vehículo con ruedas que examina la superficie y sus rocas
Los neutrinos solares (1998-2008)
Se puede resolver el rompecabezas de los neutrinos solares
Físicos nucleares y astrofísicos habían predicho el número de neutrinos
producidos en la fusión solar que podrían llegar a la Tierra
Pero los experimentos detectaron sólo un tercio de ellos
La solución del misterio postula que los neutrinos tienen masa, así, y evitan
ser detectados al cambiar sus características camino a la Tierra
El experimento ilustra la interdependencia de los reinos atómico y cósmico
de una forma que no acepta discusión
Las ondas gravitacionales (2000-2010)
Abren una nueva ventana al universo
Se cree que las ondas gravitacionales se agitan en el espacio-tiempo del
universo y se espera un nuevo sistema de detección planificado
La fotónica compite con la electrónica
217

En principio, los fotones pueden transmitir, manipular y almacenar información
de manera más eficiente que los electrones
Las fibras ópticas reemplazan los cables de cobre que han sido usados para
la transmisión de datos por más de un siglo
Pero, el computador “todo-óptico”, con circuitos fotónicos integrados, se
encuentra aún en un grade incipiente de investigación pañales
Cuando madure, serán posibles nuevas y revolucionarias formas de hacer
"pensar" a las máquinas.
Aquí termina el curso, estimados alumnos; buena suerte en el examen final
Gracias por todo, Profe.
218