LIBROOO SUPERCUERDAS Y OTRAS COSAS

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FÍSICA: LA

FUNDAMENTAL

CIENCIA

¿Qué es la física?

La física se ocupa de la forma en que funciona el universo a lo más funda-

nivel mental. Las mismas leyes básicas se aplican para el movimiento de una caída

nieve ¯ ake, la erupción de un volcán, la explosión de una lejana

estrella, el ight ¯ de una mantequilla o ¯ y la formación de los inicios del universo.

No es dif ® culto imaginar que, unos treinta mil años

atrás, durante una fría noche de primavera oscura, un niño pequeño, se trasladó per-

tal vez por la prístina belleza del cielo estrellado, miró a su madre

y, en un idioma incomprensible para cualquiera de nosotros hoy en día, pidió

ella: `` Madre, que hizo el mundo?''

Para preguntarse cómo las cosas se producen, por supuesto, lo universal

calidad humana. Como nearas podemos decir, los seres humanos han sido

preocupado por el origen y naturaleza del mundo durante todo el tiempo

como hemos sido humanos. Cada uno de nosotros se hace eco de las palabras del

gran físico austríaco Erwin Schroedinger, `` No sé de dónde

Vine norwhitherI go norwho soy,'' y busca respuestas.

Aquí radica la emoción que esta búsqueda de respuestas lleva a

ourminds. Hoy en día, los científicos han sido capaces de perforar unos pocos de los

velos que nublan las preguntas fundamentales que Whisperin nuestra

mente con una nueva y maravillosa de pensar que es

® rmemente anclada en la obra de Galileo, Newton, Einstein,

Bohr, Schrödinger, Heisenberg, Dirac y muchos otros a quienes

nos reuniremos en nuestra incursión en el mundo de la física.

Física, a continuación, intenta describir la forma en que el universo

obras en el nivel más básico. Aunque se trata de un gran

variedad de fenómenos de la naturaleza, la física se esfuerza por lograr explicaciones

con el menor número de leyes posibles. Vamos, a través de algunos ejemplos,

degustar algunos de los ¯ avorof física.

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Todos sabemos que si dejamos caer un terrón de azúcar en el agua, el azúcar

se disuelve en el waterand como resultado los waterbecomes más gruesa,

más denso, es decir, más viscoso. Nosotros, sin embargo, no es probable que pagar un

mucha atención a este fenómeno bien conocido. Uno

mente inquisitiva hizo.

Un año después de graduarse de la universidad, el joven Albert

Einstein considera el mismo fenómeno y, en efecto,

prestar atención a ella. Debido a su carácter rebelde, Einstein

no había podido ® nd un puesto en la universidad como lo había querido

y fue apoyándose en trabajos temporales como tutor o como

un maestro sustituto. Si bien en sustitución de un profesor de matemáticas

en la Escuela Técnica en Winterthur, cerca de Zurich, de mayo a

07 1901, Einstein comenzó a pensar en el agua azucarada

Figura 1.1. Las leyes de la física se aplican a una caída de nieve ¯ ake (cortesía

Wirgin WP), la explosión de una estrella o la erupción de un volcán (cortesía

NASA).

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problema. `` La idea. . . puede muy bien haber llegado a Einstein como estaba

tomando el té'', escribe un ex colaborador de Einstein.

Einstein simpli ® ed el problema teniendo en cuenta que el azúcar

moléculas sean pequeños cuerpos duros nadando en un sin estructura

¯ uid. Esta simpli caci on ® le permitió realizar cálculos

que había sido imposible hasta entonces y que explica cómo el

sugarmolecules se difunda en el agua, haciendo que el líquido

más viscoso.

Esto no fue sufi ciente ® forthe de veintidós años de edad, el científico.

Miró hacia arriba los valores reales de viscosidades de diferentes soluciones de

azúcar en el agua, poner estos números en su teoría y obtuvo

a partir de sus ecuaciones del tamaño de moléculas de azúcar! También encontró

Un valor forthe moléculas numberof en una determinada masa de cualquier

sustancia (número de Avogadro). Con este número, que pudo

calcular la masa de cualquier átomo. Einstein escribió un artículo cient ® c

con su teoría titulado `` Una nueva determinación de las dimensiones de

Moléculas''.

Figura 1.2. Albert Einstein.

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P hysics: E l F undamental S cience

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En los talones de este trabajo, Einstein envió para su publicación

otro papel importante en el movimiento molecular, donde

explicó el errático movimiento en zigzag de las partículas de

fumar. Una vez más, buscando siempre la fundamental, Einstein era

capaces de demostrar que este movimiento caótico da evidencia directa de

la existencia de moléculas y átomos. `` Mi principal objetivo'', que

escribió más tarde, `` era hechos ® nd que garanticen la medida de lo

posible la existencia de átomos de tamaño de ® ® nite nite''.

Casi un siglo antes, Joseph von FraunhoÈfer, un ilustre-

físico alemán ous, descubrió que la aparente continuidad de

espectro solar es en realidad una ilusión. Esto aparentemente Unre-

lada descubrimiento era en realidad el comienzo de la larga y tortu-

carretera OU hacia la comprensión del átomo. La undécima y

hijo menor de un vidriero, FraunhoÈferbecame aprendiz de un

fabricante de vidrio a la edad de doce años. Tres años más tarde, un monstruo de acci-

dent volvió la vida del joven muchacho alrededor, el abordaje desvencijada

casa en la que vivía en colapsado y él era el único sobreviviente.

Maximiliano I, elector de Baviera, acudieron al lugar y

se apiadó del poorboy. Le dio al joven de dieciocho

ducados. Con esta pequeña capital, FraunhoÈferwas poder comprar

libros de óptica y unas máquinas con las que empezó su

propio taller de vidrio de trabajo. Al probar prismas de alta calidad

FraunhoÈfer encontró que el espectro formado por la luz del sol después de que se

pasado a través de una de sus prismas faltaba algunos colores, sino que

fue atravesado por numerosas líneas negras minúsculas, como en la gura 1.3 ®

(Colorplate). FraunhoÈfer, intrigado, siguió estudiando el

fenómeno, la medición de la posición de varios cientos de líneas.

Colocó un prisma detrás del ocular de un telescopio y des-

Ered que las líneas oscuras en el espectro formado por la luz de

las estrellas no tienen exactamente el mismo patrón que el de la luz del sol.

Más tarde se descubrió que mirar a la luz de un gas caliente

a través de un prisma producido un conjunto de líneas brillantes similar a la

patrón de líneas oscuras en el espectro solar.

Hoy sabemos que las lagunas en el espectro que Fraun-

Hoefer descubierto son una manifestación de la interacción entre

la luz y la materia. Los colores que faltan en el espectro son deter-

minada por los átomos que componen el cuerpo que emite la luz.

En la primavera de 1925 un físico edad de veinticuatro años llamado

Werner Heisenberg, que sufren de rinitis alérgica, decidió

tomar dos semanas de vacaciones en una pequeña isla en el Mar del Norte,

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lejos de los ores ¯ y el polen. Durante el año anterior,

Heisenberg había estado tratando de entender esta interacción

entre la luz y la materia, en busca de una expresión matemática

para las líneas en el espectro. Había decidido que el problema de

la relación entre estas líneas y los átomos podría ser ana-

lyzed de una manera sencilla, considerando el átomo como si se tratara de un

oscilante péndulo. En la paz y la tranquilidad de la isla,

Heisenberg fue capaz de trabajar por su solución, la invención de la

mecánica del átomo. Nueva teoría de Heisenberg resultó

ser extremadamente poderoso, que va más allá del propósito original de

la obtención de una expresión matemática para las líneas espectrales.

En 1984, esta idea de pensar en el átomo como oscilaciones

tomó un nuevo giro. John Schwarz, del Instituto de California

Tecnología y Michael B Verde de la Universidad de Londres

propuesto que las partículas fundamentales que componen el átomo

son en realidad oscilante cuerdas. Las distintas partículas que cien-

ficos de detección son en realidad diferentes tipos o modos de oscilación

estas cadenas, al igual que las diferentes formas en que una guitarra

cuerda vibra. Esta idea inteligente, que era muy dif culto ®

para poner en práctica, produjo una teoría de gran belleza y

powerwhich explica y resuelve muchos de los cultades dif ® que

teorías anteriores habían encontrado. La versión actual de la

teoría, llamada teoría de las supercuerdas ± que estudiaremos con más

detalle en chapter25 ± promete unificar toda la física y ayudar

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