Los progresos de la ciencia y sus aplicaciones

Los progresos de la ciencia y sus aplicaciones

GUÍA DIDÁCTICA

1. INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVOS GENERALES

3. PROCEDIMIENTOS

4. CONTENIDOS CURRICULARES

4.1. Valores actitudes y normas.

4.2. Currículum de ESO

4.2.1. Ley Orgánica de Educación

4.2.2. REAL DECRETO 1631/2006, de 29 de diciembre, por el que se establecen las

enseñanzas mínimas correspondientes a la Educación Secundaria Obligatoria.

4.3. Currículum de Bachillerato.

4.3.1. Ley Orgánica de Educación

4.3.2. REAL DECRETO 1467/2007, de 2 de noviembre, por el que se establece la

estructura del bachillerato y se fijan sus enseñanzas mínimas.

5. DESCRIPCIÓN TEMÁTICA

5.1. El descubrimiento del electrón

5.2. El límite de Chandrasekhar

5.3. La constante cosmológica

5.4. Ecuaciones de Maxwell

5.5. Neutrinos

5.6. Ley de Hubble

5.7. El bosón de Higgs

5.8. Relatividad General

5.9. Materia oscura

5.10. Ecuación de Drake

5.11. Big Bang

5.12. La ecuación de Schrödinger

5.13. El principio de incertidumbre

5.14. Helio líquido. Superfluidez

5.15. La inflación del Universo

5.16. Experimento de los dos agujeros

5.17. El gato de Schrödinger

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5.18. Agujeros negros

5.19. Forma y destino del Universo

5.20. Experimento EPR

5.21. El LHC

5.22. Ordenadores cuánticos

5.23. Teletransporte cuántico

5.24. Desigualdad de Bell

6. METODOLOGÍA

6.1 Objetivos

6.2 Características metodológicas

7. GLOSARIO

8. BIBLIOGRAFÍA

9. PARTICIPANTES EN LA OBRA

9.1 Autor

9.2 Director de colección

1. INTRODUCCIÓN

La finalidad de esta obra consiste en ofrecer al público una síntesis que ilustre las

características fundamentales y el funcionamiento de un conjunto de modelos y

descubrimientos científicos que han marcado un hito en la historia de la Física

moderna.

La obra se puede dividir en dos grandes bloques: Universo y Mecánica cuántica.

Algunos de estos temas se tratan en los programas de Bachillerato de las diferentes

comunidades autónomas (Aproximación histórica a la síntesis electromagnética de

Maxwell, el origen del Universo, relaciones de indeterminación, valoración del

desarrollo científico y tecnológico que supuso la Física moderna...) ya sea en las

asignaturas de Física o de Ciencias para el mundo contemporáneo. Pero otros temas

como pueden ser: ordenadores cuánticos, EPR, el gato de Schrödinger, el límite de

Chandrasekhar,... no están en el currículo, pero sí que constituyen un verdadero

complemento para que el alumnado tenga una perspectiva de modelos y leyes

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importantes en los siglos XIX y XX, elaborados con el fin de explicar la naturaleza

desde el punto de vista de la Física.

El alumnado puede constatar cómo van cambiando los modelos, a medida que se

tienen mayores observaciones experimentales, y cómo los modelos teóricos

proporcionan al físico experimental una herramienta que le sirva para comprobar si

dicha teoría es cierta. El alumnado se percatará de que, a pesar de estar en el siglo

XXI, todavía hay muchos interrogantes.

Los temas se presentan en sentido cronológico ascendente dentro de cada bloque. El

contenido se complementa con una línea de tiempo para facilitar su ubicación

específica en el desarrollo de la ciencia.

Pensamos que los estudiantes pueden tener interés en conocer descubrimientos,

modelos y principios de la Física moderna que no están incluidos en los programas, o

sólo están citados en ellos. Asimismo también puede servir para que el alumnado

tenga una visión general de conceptos que, aun estando en los programas, se tratan a

veces de manera diferente. La divulgación de las ciencias permite comprobar la

dificultad de conseguir que los usuarios adquieran una comprensión de la complejidad

y de la interdependencia de los procesos naturales. Esta obra quiere suministrar un

material sencillo para facilitar la tarea de la comprensión.

2. OBJETIVOS GENERALES

1.- Entender los principales modelos, principios y teorías relativos a la Física moderna.

2.- Adquirir una visión dinámica, sujeta a cambios, de dichos principios y teorías.

3.- Dar una visión cronológica de los descubrimientos, teorías y aplicaciones.

4.- Utilizar los conocimientos adquiridos para entender mejor la realidad cotidiana.

5.- Poder opinar sobre temas de actualidad relacionados con la ciencia en general.

6.- Comprender que las grandes teorías se deben a la aportación anterior de muchos

científicos.

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3. PROCEDIMIENTOS

1.- Comentario de textos científicos.

2.- Análisis de secuencias de vídeo o DVD.

3.- Utilización de lenguaje científico.

4.- Establecimiento de relaciones entre el microcosmos y el macrocosmos.

5.- Formulación de conclusiones y nuevas preguntas.

4. CONTENIDOS CURRICULARES

4.1. Valores, actitudes y normas

1.- Valoración crítica de las ciencias físicas.

2.- Toma de conciencia de que los descubrimientos y la ciencia son el resultado del

trabajo colectivo.

3.- Rigurosidad y constancia al documentarse ante hechos físicos.

4.2. Currículum de la ESO

4.2.1 LEY ORGÁNICA 2/2006, de 3 de mayo, de Educación

4.2.2. REAL DECRETO 1631/2006, de 29 de diciembre, por el que se

establecen las enseñanzas mínimas correspondientes a la Educación

Secundaria Obligatoria:

4.3. Currículum de Bachillerato.

4.3.1 LEY ORGÁNICA 2/2006, de 3 de mayo, de Educación

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4.3.2. REAL DECRETO 1467/2007, de 2 de noviembre, por el que se establece la

estructura del bachillerato y se fijan sus enseñanzas mínimas

5. DESCRIPCIÓN TEMÁTICA

5.1. El descubrimiento del electrón

Aunque Demócrito anticipó que la materia estaba formada por átomos, no fue hasta el

siglo XIX cuando Dalton resucitó esta idea mediante el método científico.

A finales de siglo JJ Thomson estableció que los rayos catódicos eran corpúsculos

cargados negativamente. Stoney los llamó electrones. Posteriormente en el siglo XX

Millikan determinó con precisión la carga del electrón.

5.2. El límite de Chandrasekhar

Teniendo en cuenta solamente la energía potencial gravitatoria del Sol es imposible

explicar la energía liberada por éste. Eddington y Bethe establecieron que las estrellas

obtienen su energía de las reacciones de fusión que tienen lugar en su interior. Se

describen a continuación las estrellas tipo enana blanca. Estudiando este tipo de

estrellas Chandrasekhar estableció que en las estrellas masivas la presión de

degeneración no soportaría el colapso gravitatorio y no estarían en forma de enana

blanca. El límite para que esto suceda es que la estrella tenga una masa superior a 1,4

veces la del Sol.

5.3. La constante cosmológica

Cuando Einstein resolvió las ecuaciones de campo de la Relatividad general encontró

que el Universo estaba contrayéndose o expandiéndose. Como para él el Universo

había de ser estático introdujo el término cosmológico en sus ecuaciones para que

fuera así. Este término era como una especie de fuerza antigravitatoria.

Sin embargo Friedmann pensaba que este término era totalmente artificial y que el

Universo era dinámico. Las observaciones experimentales de Hubble corroboraron

que el Universo estaba en expansión. Einstein reconoció poco después que la

introducción de la constante cosmológica era el mayor error de su carrera.

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5.4. Ecuaciones de Maxwell

En la última mitad del siglo XIX Maxwell resumió las leyes conocidas de la electricidad

y magnetismo en cuatro ecuaciones matemáticas. Se describen a continuación estas

ecuaciones. La primera incorporaba la ley de Coulomb, la segunda establecía que las

líneas de campo magnético son cerradas. La tercera incorporaba la inducción

electromagnética de Faraday y Henry y la cuarta nos indica que las cargas eléctricas

móviles generan un campo magnético. Además, en esta cuarta ecuación Maxwell

introduce un nuevo término: un campo eléctrico variable que con el tiempo genera

campo magnético.

La propagación de campos eléctricos y magnéticos en el espacio constituye las ondas

electromagnéticas. Maxwell estableció que la luz era una onda electromagnética.

5.5. Neutrinos

Se describen los dos tipos de desintegraciones β que tienen lugar en determinados

núcleos atómicos. Al no haber electrones ni positrones en el núcleo se explica una

desintegración de este tipo como conversión de neutrones en protones y viceversa.

Para que en este tipo de procesos se conservase la energía y el momento angular

Pauli estableció que se emitía una nueva partícula llamada neutrino.

Los neutrinos no tienen carga eléctrica y tienen una masa prácticamente nula,

pertenecen a la familia de los leptones. Se describe cómo detectarlos y también la

oscilación, es decir, el cambio del tipo de neutrino, que tiene lugar en su viaje del Sol a

la Tierra.

5.6. Ley de Hubble

En 1929 Hubble estableció, de acuerdo con las observaciones experimentales, que la

velocidad de recesión de una galaxia era directamente proporcional a la distancia a la

que se encontraba de nosotros. La constante de proporcionalidad se denominó

constante de Hubble. Él mismo la determinó, pero medidas actuales y, por lo tanto,

más precisas la establecen alrededor de 70 km/s/Mpc. A partir de la constante de

Hubble y haciendo su inversa se puede calcular la edad del Universo.

5.7. El bosón de Higgs

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Se describe el campo de Higgs como aquél que dota a las partículas de masa. Cada

campo tiene asociada una partícula de intercambio. En el caso del campo de Higgs la

partícula es el bosón de Higgs. A mayor interacción con el campo mayor masa

adquiere la partícula. Todavía no se ha detectado, pero de existir se espera que el

LHC dé con él.

5.8. Relatividad General

La Relatividad general trata los sistemas de referencia acelerados. En esta teoría

Einstein reemplaza la fuerza gravitatoria por una geométrica.

Se describen a continuación tres predicciones relativistas ampliamente verificadas de

manera experimental: el cambio en la frecuencia de una señal luminosa al moverse en

un campo gravitatorio; la desviación de los rayos de luz emitidos por estrellas, que son

causados por objetos masivos como puede ser nuestro Sol; y la precesión del perihelio

de Mercurio. Todo esto no podía explicarse utilizando la mecánica de Newton.

5.9. Materia oscura

Zwicky estableció que la gravedad creada por estrellas y polvo galáctico no eran

suficiente para agrupar galaxias, por lo que dedujo que tenía que existir una materia

invisible que proporcionase suficiente gravedad. A esta materia se la llamó oscura.

Los cosmólogos y astrónomos han establecido dos candidatos de este tipo de materia:

los MACHOS u objetos de tipo halo masivos compactos y los WIMPs o partículas

masivas de interacción débil.

5.10. Ecuación de Drake

Con el fin de buscar vida extraterrestre se utilizan los radiotelescopios, ya que las

ondas de radio pueden viajar por el espacio sin degradarse de manera significativa por

el gas y el polvo interestelar. Se describe la ecuación de Drake como una ecuación

matemática que permite predecir el número de civilizaciones técnicamente avanzadas

en nuestra galaxia. Se describe también el proyecto SETI y se definen las

civilizaciones tipo I y tipo II.

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5.11. Big Bang

En 1931 Lemaître introdujo la teoría del átomo primigenio, que al explotar originó el

Universo, lo que en 1948 se denominó Big Bang. Mediante este modelo se explican

tres grandes observaciones: la abundancia de elementos ligeros, la expansión del

Universo y la radiación de fondo de microondas. Esta última indica que la temperatura

del Universo es de 2,7 K. La teoría del Big Bang describe la historia del Universo a

partir de 10-43 s, antes de este tiempo las leyes de la física no tienen validez.

5.12. La ecuación de Schrödinger

A partir de la hipótesis de de Broglie, Schrödinger elaboró una ecuación de ondas que

podía aplicarse a cualquier sistema físico. Esta ecuación, cuando se aplicaba al átomo

de hidrógeno, daba una descripción completa en primera aproximación de las líneas

espectrales de éste. Posteriormente Born explicó el significado de la función de onda

que aparece en la ecuación. El cuadrado del valor absoluto de la función de onda es la

probabilidad de encontrar a la partícula en una determinada región.

5.13. El principio de incertidumbre

Heisenberg estableció este principio fundamental en teoría cuántica. Nos dice que no

podemos conocer a la vez la posición de una partícula y su cantidad de movimiento,

es decir que si conocemos con total precisión la posición tendremos una incertidumbre

en la cantidad de movimiento y viceversa.

Otra forma de establecer este principio es con otro par de variables conjugadas como

son la energía y el tiempo. Así la incertidumbre en la energía por la incertidumbre

temporal ha de ser mayor o igual a la constante de Planck. Esta segunda forma se

aplica, entre otras, en el estudio de interacciones entre partículas y en el cálculo de la

vida media de las partículas.

5.14. Helio líquido. Superfluidez

Los bosones son partículas de espín entero que pueden estar en el mismo estado

energético. Einstein precisó que a bajas temperaturas algunos elementos y algunas

moléculas pueden llegar a formar lo que se denomina un condensado.

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Así el Helio-4 a bajas temperaturas forma un condensado de Bose-Einstein. La

mecánica cuántica puede explicar las extrañas propiedades del Helio-4 a bajas

temperaturas. Incluso el Helio-3, que inicialmente no se consideraba un superfluido

cuántico, cuando se enfría a 0,002K se comporta como tal.

5.15. La inflación del Universo

El equilibrio térmico del Universo y el hecho de que parezca casi plano no se puede

explicar solamente utilizando el modelo del Big Bang. Para solucionarlo, en 1981 Guth

introdujo el modelo del Universo inflacionario. La inflación se produjo en un tiempo

muy breve y el Universo aumentó de tamaño de forma exponencial y con un orden de

magnitud de 1025 . Empezó a los 10-35 s y a los 10-32 s paró, continuando la expansión a

un ritmo normal tal como el Big Bang predecía.

5.16. Experimento de los dos agujeros

Constituye el elemento básico de la mecánica cuántica. Si consideramos el

experimento de forma macroscópica y utilizando ondas que se propagan en agua se

obtiene una figura de interferencia, figura que se destruye al tapar cualquiera de los

dos agujeros. Si utilizamos balines y los dos agujeros abiertos no hay interferencia.

Si pasamos al mundo microscópico y utilizamos fotones o electrones volvemos a tener

interferencia cuando los dos agujeros están abiertos pero la interferencia desaparece

cuando se tapa un agujero. ¿Cómo saben el fotón o el electrón si un agujero está

abierto o cerrado?

Ahora queremos saber ¿por qué agujero pasa un electrón?

Si se observa por dónde pasa, se destruye la interferencia y los electrones se

comportan como los balines aunque los dos agujeros estén abiertos.

En el momento en que se observa la onda dispersa del electrón se convierte en una

partícula. Lo que quiere decir es que en mecánica cuántica el observador forma parte

del experimento.

5.17. El gato de Schrödinger

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Con el fin de demostrar que la mecánica cuántica era una teoría incompleta,

Schrödinger propuso un experimento mental conocido como el gato de Schrödinger.

Según la mecánica cuántica el gato que hay en el interior de la caja, si ésta no se

abre, está en una superposición de estados, lo que quiere decir que no está vivo y

muerto a la vez. Para Schrödinger es inimaginable que un objeto clásico pueda estar

de esta forma.

Pero la mecánica cuántica establece que solo podemos saber si está muerto o vivo

abriendo la caja. Es en este momento cuando la función de onda se colapsa, es decir

la superposición de estados se destruye, y el gato está vivo o muerto. Antes de abrir la

caja no tiene sentido preguntarse si está vivo o muerto, es en el momento de efectuar

la medida cuando se adquiere el conocimiento.

5.18. Agujeros negros

Ya en el siglo XVIII se pensó en estrellas donde la gravedad era tan intensa que ni la

luz podía escapar. En el siglo XX Schwarzschild, aplicando la Relatividad general,

calculó el radio y la masa que tendrían dichas estrellas.

Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría convertirse en agujero negro al

sufrir un colapso gravitatorio.

Se conocen dos tipos de agujeros negros: los de Schwarzschild, que son estáticos, y

los de Kerr, que son agujeros negros en rotación.

Los agujeros negros se pueden detectar por la cantidad de radiación, en forma de

rayos X, que emite una estrella que es atrapada por un agujero negro.

En 1974 Hawking predijo que un agujero negro podía emitir radiación, llegando a

incluso a evaporarse.

5.19. Forma y destino del Universo

A partir del parámetro densidad se describen los modelos de Universo. En un Universo

abierto éste sufrirá una expansión desacelerada sin fin. En un Universo plano la

expansión sería muy suave. En un Universo cerrado la gravitación hará que la materia

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del Universo se concentre en un punto, sería una especie de Big Bang a la inversa.

Estos modelos son incompletos. Si tenemos en cuenta observaciones que nos indican

que el Universo se expande de manera acelerada, se puede producir un “Big Rip”. El

espacio entre galaxias aumentará tan rápido que sólo podremos observar las galaxias

más cercanas y el resto del Universo será oscuro.

5.20. Experimento EPR

El experimento mental de Einstein, Podolsky y Rosen fue introducido para demostrar

que la mecánica cuántica era una teoría incompleta. Si tenemos dos partículas en

interacción y se separan de manera que no interaccionen más hasta que un

observador las mida, se puede saber a la vez la posición y la cantidad de movimiento

de la segunda partícula sin necesidad de hacer ninguna medición sobre ella,

solamente midiendo los parámetros correspondientes de la primera partícula.

Esto estaba en desacuerdo con la interpretación de Bohr y sus colegas, ya que la

posición y la cantidad de movimiento de la segunda partícula no serían reales hasta

que se midiesen. Posteriormente Bell estableció un criterio matemático que permitiría

a los físicos experimentales dilucidar quién tenía razón.

5.21. El LHC

El gran colisionador de hadrones del CERN es el mayor acelerador de partículas

existente. Los choques entre protones tendrán una energía de 14 TeV. También se

harán colisionar iones de plomo. Las colisiones serán seguidas por cuatro detectores

repartidos por los cuatro puntos de encuentro del anillo del acelerador.

La comunidad científica espera encontrar, si existe, el bosón de Higgs, partículas

supersimétricas, quarks y antiquarks que permitan resolver el misterio de la simetría

existente en la abundancia en el Universo de materia-antimateria. Otro objetivo es

buscar materia oscura y también se estudiará el plasma quark-gluón.

5.22. Ordenadores cuánticos

Se introduce la unidad básica de información de este tipo de ordenadores, que es el

qubit. En 1994 Shor introdujo el primer algoritmo cuántico que permite factorizar

grandes números. La gran diferencia entre los ordenadores cuánticos y los actuales es

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que los primeros tienen una potencia de cálculo elevadísima, lo que permite que las

claves criptográficas de los ordenadores actuales se descifren en cuestión de

segundos. En el año 2001 se consiguió encontrar los factores de 15 utilizando un

ordenador de 7 qubits. Si bien para que los ordenadores cuánticos sean factibles

tienen que tener varias docenas de qubits, por lo que tendrán que pasar años para que

puedan reemplazar a los actuales.

5.23. Teletransporte cuántico

En el teletransporte cuántico lo que se transporta es el estado cuántico de una

partícula, destruyéndose la información de la partícula original. Se realiza mediante

dos partículas entrelazadas. Alicia mide a la vez la partícula original y una de las

partículas entrelazadas. Roberto tiene la otra partícula entrelazada. Alicia efectúa una

medición conjunta de las partículas que tiene y a continuación mediante un mensaje,

que puede ser telefónico, envía a Roberto información de cómo ha de medir su

partícula. Con esta información la partícula entrelazada de Roberto llega a tener el

mismo estado cuántico que la partícula original que tenia Alicia. En 1997 y 1998 se

consiguió teletransportar fotones y en el año 2004 se realizó el teletransporte de

átomos.

5.24. Desigualdad de Bell

David Bohm describió una versión completa del original EPR. En ella trataba la

polarización de fotones. En 1964 Bell introdujo un criterio matemático para que se

pudiera dilucidar la validez o no de la mecánica cuántica. Si se violase la desigualdad

de Bell se cumpliría la mecánica cuántica y Einstein no tendría razón. En 1982 Alain

Aspect confirmó, a través de experimentos con fotones, la violación de la desigualdad

de Bell.

6. METODOLOGÍA

6.1 Objetivos

La obra está diseñada de forma que, por medio del desarrollo de sus contenidos y la

aplicación de los mismos, los usuarios, alumnos y alumnas, puedan obtener y ampliar

de forma paulatina, progresiva y ordenada los conceptos físicos necesarios para su

formación científica. Para ello el libro tiene un soporte en DVD con películas que

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siguen fielmente lo desarrollado en los distintos temas. El profesorado puede optar por

la introducción multimedia o por la tradicional, según disponibilidad de espacios

adecuados en el centro de enseñanza. Por un lado, el estudio del contenido de esta

obra permitirá al usuario conocer los modelos más significativos y representativos de

la física actual. Y por otro, los cuestionarios que se plantean le ayudarán a trasladar a

situaciones concretas lo aprendido. El objetivo general de la obra es mostrar las

diferentes opciones metodológicas que pueden llevarse a la práctica en el aula.

6.2 Características metodológicas

Sus características metodológicas principales son:

• Cada capítulo se desarrolla cronológicamente de forma que el alumnado sepa de

dónde viene, qué es y las posibles repercusiones del descubrimiento o de la teoría.

• Utiliza un lenguaje adecuado a la edad de los alumnos y alumnas, de forma que la

lectura sea atractiva pero sin renunciar al rigor propio de la expresión científica.

• Se procura que el usuario se sienta motivado en todo momento al comprobar la

utilidad y significación de lo que va aprendiendo.

• Las cuestiones propuestas presentan la realidad científica de nuestro entorno,

próxima al usuario, con la intención de despertar su interés por el análisis de los

descubrimientos científicos.

• Cada capítulo se completa con una animación que motiva al usuario y le hace

reflexionar al relacionar los conceptos estudiados con sus aplicaciones en la

sociedad actual.

• Dicha animación sigue con rigor el guión y en ella se presentan fórmulas,

ecuaciones, gráficas y dibujos que inducen al aprendizaje visual del concepto.

7. GLOSARIO

A

Agujero negro de Kerr: Agujero negro en rotación.

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Algoritmo de Shor: Algoritmo que permite a un ordenador cuántico factorizar grandes

números.

Atlas: Uno de los detectores del LHC. Sirve para averiguar la existencia del bosón de

Higgs.

B

Bariones: Están formados por tres quarks. Son fermiones. El neutrón y el protón son

bariones.

Big Bang: Gran explosión que originó al Universo. Esta explosión habría generado la

expansión del Universo que todavía continúa actualmente.

Big Crunch: Sería como un inverso del Big Bang. En un Universo cerrado, la

gravitación volverá a unir todas las galaxias en un punto.

Bosón de Higgs: Partícula hipotética con espín entero asociada al campo de Higgs.

Bosón: Partícula con espín entero, un ejemplo puede ser el fotón.

C

Campo de Higgs: Campo mediante el cual las partículas tienen masa.

Civilizaciones tipo I: Las que generan tanta energía como la que les llega de su Sol.

Civilizaciones tipo II: lLs que generan tanta energía como su estrella.

COBE: Satélite que se encargó de estudiar la radiación de fondo del Universo.

Colapso de la función de onda: Según la mecánica cuántica, destrucción de la

superposición de estados en el momento de medir

Constante cosmológica: Término introducido por Einstein para que el Universo fuese

estático.

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Corriente de desplazamiento: Término introducido por Maxwell que indica que un

campo eléctrico variable con el tiempo crea un campo magnético.

D

Decoherencia: Idea de que un sistema cuántico nunca puede estar aislado de su

entorno.

Desigualdad de Bell: Desigualdad matemática que si no se cumple nos indica que la

mecánica cuántica es una teoría completa.

E

Ecuación de Drake: Ecuación matemática que permite predecir el número de

civilizaciones técnicamente avanzadas en nuestra galaxia.

Ecuación de Schrödinger: Ecuación básica en mecánica cuántica que describe el

comportamiento de una partícula sometida a un potencial.

Ecuaciones de Maxwell: Ecuaciones matemáticas que explican las leyes

fundamentales de la electricidad y el magnetismo.

Efecto Doppler: Diferencia en la frecuencia real emitida por una fuente y la recibida

por el receptor, cuando la fuente o el receptor o los dos están en movimiento.

Efecto Mössbauer: Emisión sin retroceso de un fotón de rayos gamma por un núcleo

embebido en un sólido.

Electrón: Partícula elemental de la familia de los leptones. Es el portador fundamental

de carga eléctrica.

Enana blanca: Objeto celeste pequeño. Es el resultado del colapso de una estrella de

menos de 1,4 masas solares.

Energía Oscura: Forma hipotética de materia que produciría una presión negativa y

que explicaría la expansión acelerada del Universo.

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EPR: Paradoja de Einstein, Podolsky y Rosen para demostrar que la mecánica

cuántica es una teoría incompleta. Es un experimento mental que trata la paradoja de

la conexión “más rápida que la luz” entre objetos cuánticos separados.

Espín: Propiedad fundamental de una partícula correspondiente a un momento

angular intrínseco.

eV: Unidad de energía que es la que adquiere un electrón al atravesar una diferencia

de potencial de 1 voltio. Equivale a 1,6 10-19J.

F

Fermión: Partícula con espín semientero. Son fermiones los electrones y los protones.

G

Gluón: Partícula cuántica asociada a la fuerza entre quarks.

H

Hadrones: Cualquier partícula que participa en la interacción fuerte. Los hadrones se

clasifican en mesones y bariones.

Hipótesis de de Broglie: Hipótesis que establece que cada partícula tiene asociada

una onda.

Horizonte de sucesos: Límite o frontera de un agujero negro. Los sucesos que

ocurren en su interior no pueden ser observados desde fuera.

I

Inflación del Universo: Crecimiento exponencial del Universo durante el inicio de éste

y en un tiempo muy breve. El Universo aumentó en un factor de 1025 .

L

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Leptones: Familia de seis partículas elementales que no están influenciadas por la

interacción fuerte. El electrón es una de ellas.

LHC: Gran colisionador de hadrones. Es el mayor acelerador de partículas existente.

M

MACHOS: Objetos tipo halo masivos compactos. Una forma de materia oscura.

Materia oscura: Materia de origen desconocido que no emite luz. Puede constituir el

22% de la materia total del Universo.

Mesones: Están formados por un quark y un antiquark. Son bosones.

Monopolos magnéticos: Polos norte o sur aislados. Están postulados teóricamente,

pero no se han encontrado en la naturaleza.

N

Neutrino: Leptón eléctricamente neutro. Se conocen tres variedades: el electrónico, el

muónico y el tau.

O

Onda electromagnética: Onda transversal que se compone de vibraciones de

campos eléctrico y magnético y se propaga en el vacío a la velocidad de 3 108 m/s. La

luz es una onda electromagnética.

Orbital: Región del átomo donde es probable hallar a un electrón.

P

Parámetro de densidad: Cociente entre la densidad del Universo y la densidad

crítica.

Permite estudiar los modelos de Universo teniendo en cuenta el Big Bang.

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Perihelio: En la órbita elíptica de un planeta, el punto más cercano al Sol.

Polarización: Proceso de confinar las vibraciones del campo eléctrico de las ondas de

luz en una dirección.

Positrón: Antipartícula del electrón. Tiene las mismas propiedades que éste pero con

carga negativa.

Presión de degeneración: Presión en un gas causada por el principio de exclusión de

Pauli. Las enanas blancas se mantienen en contra del colapso gravitatorio por la

presión de degeneración de los electrones.

Principio de incertidumbre: Principio que establece, en el mundo microscópico, la

imposibilidad de conocer a la vez un par de variables conjugadas, como pueden ser la

posición y la cantidad de movimiento de una partícula, o la energía y el tiempo.

Principio de Pauli: Principio que establece que dos fermiones no pueden tener los

mismos números cuánticos.

Punto lambda: Temperatura por debajo de la cual el Helio-4 se vuelve superfluido.

Q

Quark: Partícula elemental que constituye el bloque de los hadrones. Los quarks

tienen carga eléctrica fraccionaria.

Qubit: Unidad básica de información cuántica. Corresponde a un bit clásico 1 ó 0 o a

una superposición de ambos.

R

Radiación de fondo de microondas: Radiación que se supone que surgió de la bola

de fuego primordial del Big Bang.

S

SETI: Proyecto para buscar civilizaciones extraterrestres tecnológicamente avanzadas.

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T

Teletransporte: Envío a distancia del estado cuántico de una partícula mediante

partículas entrelazadas.

TeV: 1012 eV.

Tiempo de Planck: Es igual a 10-43s. Para tiempos inferiores las leyes de la física no

tienen vigencia, por lo que el conocimiento de la historia del Universo según el modelo

del Big Bang es posterior a este tiempo.

V

Velocidad de recesión: Velocidad de alejamiento de las galaxias.

W

WIMPs: Partículas masivas de interacción débil. Una forma de materia oscura.

8. BIBLIOGRAFÍA

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9. PARTICIPANTES EN LA OBRA

9.1 Autor

Joan Aragonés

9.2 Director de Colección Ricard Asiaín García

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