En esta sección no pretendo hacer un curso de Física sino
comentar algunas cuestiones que afectan a la Física teórica y que todo el mundo
puede preguntarse. Trataré temas de interés general como el origen del Universo y otros.
Dada la diversidad de los temas he optado por hacer algunas
preguntas que mucha gente se plantea y contestarlas de la manera más sencilla posible. De
esta forma pretendo que la lectura sea más amena e incluso que no sea necesario leer todo
el documento para saber algo en concreto.
Pido disculpas por las posibles imprecisiones que pueda cometer,
causadas por el afán de ser lo más claro posible.
Al final de esta parte podeis bajar uno archivo zip que contienen problemas de Física de Bachillerato. Se encuentra en formato word e incluye las soluciones.
Sobre
el Universo
1. ¿Cómo y
cuándo comenzó el Universo?. Actualmente se explica la
creación del Universo mediante la teoría del Big Bang, según la cual el Universo comienza hace unos quince mil millones de
años con una gran explosión (Big Bang). En ese instante toda la materia del Universo
estaba condensada en un punto de densidad infinita (una singularidad), punto en el cual no
son aplicables las leyes de la Física actual.
2. ¿Qué había antes del Big Bang?. La pregunta no tiene sentido teniendo en cuenta que las cuatro dimensiones se crearon en el preciso instante del Big Bang. Tras la Gran Explosión aparecieron tres dimensiones espaciales (longitud, altura y anchura) y una dimensión temporal (tiempo) que formaron un Universo espacio-temporal, de modo que no tiene sentido preguntarse qué había antes, puesto que el "antes" no existía.
3. ¿Qué sucedió inmediatamente después del Big
Bang?. Esto es bastante complicado de explicar. En los primeros instantes después
del Gran Estallido todo sucedió muy rápidamente. En los primeros 10-43
segundos (un cero, una coma, cuarenta y dos ceros y un uno) — ¿poco tiempo,
verdad?— nos encontramos en la era cuántica. En este tiempo no existían las cuatro
fuerzas que actualmente conocemos (la gravitatoria, la electromagnética, la nuclear
fuerte y la nuclear débil), sino una única fuerza que podríamos llamar electronuclear
gravitatoria. Todo era energía y todavía no existían partículas. Entre los 10-43 segundos y los 10-4 segundos
después del Big Bang aparecen los quarks y los leptones (las partículas de menor tamaño de la materia) así como
sus antipartículas —¿os suena lo de antimateria?—, cuya asociación da lugar
en este mismo período a los protones y neutrones que constituyen el átomo. Entre los 10-4 segundos y los 10 segundos desaparece toda la antimateria. Desde
el segundo 10 hasta un millón de años después de la Gran Explosión toda la materia que
se había formado se encontraba en un océano azul en forma de plasma. En este
período se forman los primeros núcleos (los de hidrógeno unos 30 minutos después del
Big Bang) que se unen a los electrones y se forma el primer elemento químico: el
hidrógeno.
El último período es el estelar, que comienza a la "edad" de un millón de
años. A partir de unas inmensas nebulosas de hidrógeno y helio, elementos que
constituyen nuestro Sol actual, se forman las galaxias gracias a la fuerza de la gravedad.
4. ¿Cómo se sabe todo esto? Actualmente toda esta información se obtiene de los aceleradores de partículas, "laboratorios" en donde se reproducen las condiciones iniciales en las que se formo el Universo (Física de las altas energías). Los aceleradores son túneles de varios kilómetros de longitud en los que se somete a las partículas que constituyen el núcleo atómico a grandes campos electromagnéticos; estos campos aceleran dichas partículas hasta velocidades enormes, momento en que se provoca su choque.
5. ¿Cuándo aparece el Sol? El Sol se formó hace unos 5.000 millones de años. Varios millones de años después del Big Bang en algunas zonas del Universo donde había una mayor densidad la expansión se vio ligeramente retrasada por la acción gravitatoria. En algunas regiones llegó incluso a detenerse la expansión y la materia comenzó a colapsar (colapso gravitatorio). En función de la cantidad de materia inicial el destino de estas acumulaciones es distinto. La colisión de los átomos de hidrógeno a una temperatura crítica hace que se produzca la fusión de los núcleos de hidrógeno. En este momento se enciende la estrella. Nuestro Sol lleva consumiendo hidrógeno durante unos 5.000 millones de años y todavía le queda cuerda para rato ya que la reserva de hidrógeno es suficiente para unos 5.000 millones de años más.
6. ¿Qué ocurrirá cuando se pague el Sol? Cuando esto ocurra todo el hidrógeno se habrá transformado en helio y la superficie de la estrella aumentará obteniéndose una gigante roja. A continuación se producirá la fusión de los átomos de helio para formar carbono y la estrella se hinchará todavía más haciéndose inestable. El interior se transformará en una enana blanca. Finalmente el carbono se enfría lentamente y la estrella se convierte en una enana negra. Sin embargo esto no parece que vaya a suceder antes de 5.000 millones de años.
7. ¿Qué es una supernova?Son
grandes explosiones que concluyen con la destrucción de una estrella. En las estrellas de
mayor masa que el Sol (más de diez masa solares) el proceso es similar al descrito en l
a pregunta anterior .
Pero la diferencia está en que tras obtenerse el carbono por fusión del helio la
cantidad de carbono en el núcleo de la estrella es tan grande que al compactarse se
alcanza la temperatura suficiente ( 600 millones de °C) para que se fusione éste
formando magnesio. Posteriormente se forma el hierro, el centro de la estrella se colapsa
generando una gran implosión que se propaga a las regiones externas de la estrella. Este fenómeno
produce la formación de supernovas, agujeros negros
y estrellas de neutrones (o púlsares). En la imagen podemos ver la nebulosa del cangrejo que surgió tras la
explosión de una estrella en nuestra galaxia.
8. ¿Cuántas galaxias hay? Hay cientos de miles de millones de galaxias y en cada galaxia hay cientos de miles de millones de estrellas. En una noche cualquiera son visibles unas 2.000 estrellas en el cielo. La estrella más cercana a nosotros ademas del Sol, que está a ocho minutos luz, es Próxima Centauri, uno de los componentes de la estrella triple Alpha Centauri, que está a unos 40 billones de km de la Tierra es decir unos 4 años-luz (es el tiempo que tarda la luz de dicha estrella en llegar a nosotros viajando a la velocidad de la luz). Esto quiere decir por otra parte que lo que nosotros vemos cuando miramos al cielo es la luz que partió de la estrella hace 4 años. El diámetro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. es de cien mil años luz ,lo cual quiere decir que viajando a la velocidad de la luz tardaríamos cien mil años en salir de nuestra galaxia. Ademas debido al Big Bang las galaxias se están alejando y lo hacen más rápido cuanto más lejos están de nosotros.
9. ¿Cómo se formaron los planetas? Los planetas son esferas formadas por condensación de cenizas procedentes de estrellas extinguidas. Se formaron pues bastante después que las estrellas. Nuestro Sistema Solar está formado por nueve planetas: cuatro de ellos más cercanos al Sol (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) son terrestres; y los demás (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón) son gaseosos.
10. ¿Qué es un año luz? El año luz es una unidad de distancia. Corresponde a la distancia que recorre la luz en un año. Para darnos una idea de lo que representa debemos saber que la luz del Sol tarda 8 minutos en llegar a la Tierra. Así que un año luz es una distancia bastante grande, al menos según los patrones terrestres. La luz viaja a una velocidad de 300.000 Km/s lo cual quiere decir que en una hora recorre más de un billon de kilometros.
11. ¿A qué velocidad podemos viajar por el espacio? El límite de velocidad al que puede viajar cualquier cuerpo u onda es la de la luz (aproximandamente 3·108 m/s) según la Teoría de la Relatividad de Einstein. El que algún cuerpo terrestre llegue a esa velocidad parece poco probable, por tanto cuando oímos que determinado cuerpo celeste está a un millón de años luz significa que viajando a la velocidad de la luz tardaríamos un millón de años en llegar. Creo que esto significa que es totalmente inalcanzable para nosotros.
12. ¿Cambia nuestro peso con la velocidad? Efectivamente determinadas magnitudes cambian al aumentar la velocidad a
la que se mueve un cuerpo. Sin embargo estos cambios sólo son apreciables a velocidades
próximas a la velocidad de la luz. Así por ejemplo la masa de un objeto, a una velocidad
igual al 90% de la de la luz, sería 2,3 veces la que tendría en reposo( un cuerpo de 70
Kg pesaría 161 Kg).
Lo mismo sucede con la longitud, que disminuye en la
dirección del movimiento a medida que nos acercamos a la velocidad de la luz. El tiempo
en cambio se dilata, es decir, va más despacio para una persona que viaja a velocidades
próximas a la de la luz. Mientras pasan 10 años para una persona que viaja a una
velocidad igual al 98 % de la velocidad de la luz, para otra que permanece en la Tierra el
tiempo transcurrido es de unos 53 años.
13. ¿Es posible viajar en el Tiempo? Esta pregunta pertenece al campo de la ciencia ficción. Mi opinión
personal es que no. A esta pregunta Stephen Hawking respondió diciendo que no sabía si
se podría viajar hacia el futuro pero que estaba seguro que no se podría viajar hacia el
pasado ya que en ese caso estaríamos invadidos por viajeros del futuro.Yo creo que no
existe el futuro, creo que el futuro es algo que no está formado y por tanto no tiene
existencia. Respecto a retroceder hacia el pasado lo veo también poco probable.
Poco a poco iré añadiendo más temas. De momento, desde Movimiento hasta Campo Gravitatorio y Eléctrico (1º Bachillerato) en el siguiente archivo:.
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