Taller de Ciencia para jóvenes. Lunes 25 de julio del 2011, 10:30 horas.

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2 Taller de Ciencia para jóvenes. Lunes 25 de julio del 2011, 10:30 horas

3 Repasar algunos conceptos de Física Explicar en qué consistió la revolución cuántica Explicar algunos conceptos básicos de la mecánica cuántica y analizar la dificultad de su interpretación Analizar en algunos casos particulares cómo surgen los conceptos científicos y señalar la relación de la ciencia con la tecnología

4 1900-1928 La mayor aventura del pensamiento de la historia de la humanidad

5 Construir una teoría, realizar un experimento, encontrar algún hecho, que destruya y modifique profundamente los conocimientos anteriores, tomados la mayor parte de las veces como dogmas.

6 Por tanto, para entender la profundidad y la fuerza de una revolución científica, debemos entender y valorar esos conocimientos previos. Debemos comprender porque esos conocimientos fueron elevados a la categoría de dogma.

7 El hombre tiene un origen divino, fue creado por dios versus El hombre es un animal como cualquier otro. Desciende del mono

8 El inconsciente controla el comportamiento. Los recuerdos y pensamientos inconscientes, especialmente los sexuales y los agresivos, norman nuestro comportamiento y son la causa de las neurosis. El inconsciente se forma, se alimenta de nuestras experiencias y recuerdos desde el vientre materno. El comportamiento de los individuos está íntimamente ligado a su desarrollo sexual

9 Argumentaba que los humanos nacen "polimórficamente perversos", en el sentido de que una gran variedad de objetos pueden ser una fuente de placer

10 Conforme las personas van desarrollándose, van fijándose sobre diferentes objetos específicos en distintas etapas: la etapa oral (ejemplificada por el placer de los bebés en la lactancia); la etapa anal (ejemplificada por el placer de los niños al controlar sus defecaciones); y luego la etapa fálica.

11 Propuso entonces que llega un momento en que los niños pasan a una fase donde se fijan en el progenitor de sexo opuesto (complejo de Edipo) y desarrolló un modelo que explica la forma en que encaja este patrón en el desarrollo de la dinámica de la mente. Cada fase es una progresión hacia la madurez sexual, caracterizada por un fuerte yo y la habilidad para retardar la necesidad de gratificaciones.

12 Tratemos de sumergirnos en la Física de los finales del sigo XIX…..

13 Es el análisis general de la naturaleza, para entender el funcionamiento del Universo.

14 La Física observa los fenomenos de la naturaleza y trata de encontrar los patrones y los principios que relacionan dichos fenómenos.

15 ¿De qué están hechas las cosas? ¿Qué es la materia? ¿Qué es la luz? ¿Cómo interaccionan la luz y la materia?

16 ¿Todo efecto tiene una causa? ¿Dado un efecto, cuál es la causa?

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18 Había un sentimiento subyacente que ya todo estaba esencialmente explicado. Se pensaba que aún había cosas que resolver, pero eran detalles, lo fundamental ya estaba hecho. La Física había explicado todo, pero a la vez había perdido su interés.

19 Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto de partícula Electromagnetismo Óptica Termodinámica. Teoría cinética de los gases

20 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley La catástrofe ultravioleta de la ley de Rayleigh-Jeans. El problema del cuerpo negro

21 Tratemos de sumergirnos en la Física de los finales del sigo XIX….. para ello empecemos con La Mecánica

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23 Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos.

24 Segunda Ley (1609): El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

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26 Sir Isaac Newton Philosophiae Naturalis Principia Mathematica 1687

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28 1.Todo cuerpo mantiene su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que se le apliquen. 2.La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional al producto de su masa y su aceleración. 3.Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo.

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33 Las leyes de Kepler La estática y las construcciones La mecánica de los fluidos, de los sólidos, etc. La explicación de algunas propiedades termodinámicas de los gases

34 Nada más y nada menos, que la revolución industrial se sustentó en la mecánica de Newton

35 Es totalmente causal

36 "Nous devons envisager l'état présent de l'univers comme l'effet de son état antérieur et comme la cause de celui qui va suivre. Une intelligence qui, pour un instant donné, connaîtrait toutes les forces dont la nature est animée et la situation respective des êtres qui la composent, si d'ailleurs elle était assez vaste pour soumettre ces données à l'analyse, embrasserait dans la même formule les mouvements des plus grands corps de l'univers et ceux du plus léger atome; rien ne serait incertain pour elle, et l'avenir, comme le passé, serait présent à ses yeux. " Laplace Denme las fuerzas que rigen el Universo y las condiciones actuales de él y todo podrá ser dicho, del pasado, el presente y el futuro

37 Su reinado, de más de 200 años, era indiscutible y su poder avasallador Cuando Laplace publicó su Mecánica celeste, Napoleón lo llamó y al verlo le dijo enojado: Explica usted todo el sistema del mundo, da usted todas las leyes de la creación y en todo su libro no habla una sola vez de la existencia de dios Laplace le respondió: Señor, no tenía yo la necesidad de esa hipótesis (je n'avais pas besoin de cette hypothèse).

38 Urbain Jean Joseph Le Verrier y John Couch Adams Observando discrepancias entre la órbita de Urano y las predicciones teóricas de la Mecánica de Newton, se pensó que debería existir un octavo planeta. Le Verrier pasó años haciendo los cálculos y el 18 de septiembre de 1846, escribió a Johann Gottfried Galle del Observatoire de Berlin y el 23 septiembre Galle apunta su telescopio al lugar calculado y descubre Neptuno a 8 minutes

39 Es totalmente causal, no sólo eso, es totalmente DETERMINISTA

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53 Todas las variables dinámicas (posición, tiempo, velocidad, cantidad de movimiento, energía, energía cinética, energía potencial, momento angular) son reales, es decir; todas las variables dinámicas son continuas.

54 Está basada en el concepto de continuidad. Las cantidades físicas son variables continuas El espacio (la posición) El tiempo La energía La cantidad de movimiento Etc.

55 Un cuerpo puedes estar a 1 cm. de una marca Pero también puede estar en cualquier posición, tan cercana como queramos, a dicha marca Puede estar a 1.1 cm Puede estar a 1.01 cm Puede estar a 1.0000001 cm Puede estar a 1.000000000000000000000000000001 cm

56 Un cuerpo girando puede ocupar cualquier orbita

57 Una partícula en movimiento puede tener cualquier energía 1 joule 1.1 joule 1.01 joule 1.000000001 joule 1.0000000000000000000000000000001 joule 1.00000000000000000000000000000000000000000000001 joule

58 Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto de partícula Electromagnetismo Óptica Termodinámica. Teoría cinética de los gases

59 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley La catástrofe ultravioleta de la ley de Rayleigh-Jeans. El problema del cuerpo negro

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62 ¿Qué es una onda?

63 Una onda es una perturbación de alguna propiedad de un medio, la perturbación se propaga a través del espacio transportando energía.

64 El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa, como el aire, agua, un trozo de metal, etc. Las propiedades que sufren la perturbación pueden ser también variadas, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico, campo magnético. Una onda es una perturbación de alguna propiedad de un medio, la cual se propaga a través del espacio transportando energía.

65 Una onda es un patrón de movimiento que puede transportar energía sin transportar agua con ella

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70 Distancia Desplazamiento

71 El número de veces que oscila por segundo

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73 Por otro lado, …

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75 ¿Qué es una partícula?

76 Posición x Masa m Energía E Momentum p = mv Las partículas son pelotas

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78 Una partícula está localizada en el espacio y tiene propiedades físicas discretas, tales como la masa Una onda está inherentemente extendida sobre una región del espacio de varias longitudes de onda y puede tener amplitudes en un rango continuo de valores Las ondas se superponen y pasan unas a través de las otras, mientras que las partículas colisionan y rebotan alejándose unas de otras

79 Son cosas totalmente diferentes No sólo son diferentes, son contradictorias: Un objeto es onda o es partícula

80 ¿Cuál es la teoría correcta? Aquella que esté de acuerdo con las observaciones experimentales, la que concuerde con los hechos

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84 La reflexión Ambas teorías podían explicarla La refracción Ambas teorías podían explicarla La doble refracción La explicación de la teoría ondulatoria era muy complicada, poco convincente. Muy ad-hoc

85 Dados los hechos expuestos, y por la enorme influencia de Newton, la teoría corpuscular fue aceptada y dejo de ser cuestionada durante todo el siglo XVIII.

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87 Pero aún había mucho por descubrir, nuevos fenómenos que nadie imaginaba. Primero …..

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93 La teoría corpuscular de la luz está en contradicción con esta experiencia. La teoría corpuscular de la luz no puede explicar el experimento de la doble rendija de Young

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97 La discusión sobre si la luz son ondas o son partículas revivió. No sólo revivió, sino que agarró una fuerza tremenda.

98 Sin embargo, en los primeros 50 años del siglo XIX y gracias a los trabajos, tanto teóricos como experimentales, de mucha gente (Young, Fresnel, Arago, Airy, Fizeau) se llegó a la conclusión de que la luz es una onda. La discusión sobre si la luz son ondas o son partículas revivió.

99 La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria

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101 La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria La difracción. Sólo la ondulatoria

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103 Pero aún había mucho por descubrir, nuevos fenómenos que nadie imaginaba. Segundo …..

104 Hay cargas eléctricas. Los griegos Hay dos tipos de cargas eléctricas. Franklin las llamó positivas y negativas Las cargas de signo distinto se atraen, las del mismo signo se repelen. La ley de Coulomb (1784) Generación de cargas eléctricas por fricción

105 Los imanes. Los griegos Tiene dos polos Los polos iguales se rechazan, los diferentes de atraen La brujula

106 En 1864, James Clerk Maxwell unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos, en la teoría electromagnética, mediante la formulación de sus famosas Ecuaciones de Maxwell

107 Quedó clarísimo que los fenómenos eléctricos y magnéticos son diferentes manifestaciones de una misma cosa, los fenómenos electromagnéticos

108 ¡Ah! Pues lo increíble es, que estudiando sus ecuaciones, Maxwell se dio cuenta que equivalían a una ecuación de ONDA. Que esa onda electromagnética viajaba a la misma velocidad que la velocidad de la luz ….

109 Y se hizo la luz ….. La luz es una onda electromagnética …

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111 Era tan oscuro que Hemholtz, en 1871, le encargo a Heinrich Hertz clarificar sus estudios, pero sobre todo demostrar que las ondas electromagnéticas de la teoría de Maxwell se propagaban a la velocidad de la luz

112 Hacía 1888 Hertz había construido aparatos para generar y detectar ondas electromagnéticas (ondas VHF y UHF). Explicó la reflexión, la refracción, la polarización, la interferencia y la velocidad de las ondas electromagnéticas.

113 Hacía 1888 Hertz había construido aparatos para generar y detectar ondas electromagnéticas (ondas VHF y UHF). Explicó la reflexión, la refracción, la polarización, la interferencia y la velocidad de las ondas electromagnéticas. ¡Descubrió también el Efecto Fotoeléctrico !

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115 La longitud de la onda (ó la frecuencia) determina el color de la luz La amplitud de la onda es la intensidad de la luz La dirección de oscilación de los campos determina la polarización

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117 La luz visible va de 0.4 a 0.7 micras Por ejemplo, el color verde corresponde a una longitud de onda de 0.4680 micras y una frecuencia de 6.14x10 14 Hertz

118 El radio AM va de 153 KHz a 26.1 MHz. De 1960 metros a 11.5 metros. El radio FM va de 87.5 MHz a 108.0 MHz. De 3.43 metros a 2.78 metros. La Tele va de 7 MHz a 1002 MHz. De 42.8 metros a 0.3 metros.

119 Luz visible Infrarrojo Ultravioleta Rayos X Rayos Gama Microondas Ondas de radio

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126 Todo cuadraba perfectamente: La teoría electromagnética era capaz de explicar las leyes de la óptica: La reflexión, la refracción, la interferencia, la difracción, etc.

127 La reflexión. Las dos teorías La refracción. Las dos teorías La doble refracción. Las dos teorías La interferencia. Sólo la ondulatoria La difracción. Sólo la ondulatoria La luz es una onda electromagnética

128 En el eter… La luz era una onda electromagnética que se propagaba en el éter, que a su vez llenaba todo el espacio.

129 Todo cuadraba perfectamente: La teoría electromagnética era capaz de explicar las leyes de la óptica: La reflexión, la refracción, la interferencia, la difracción, etc. La luz era una onda electromagnética que se propagaba en el eter.

130 I do not think that the wireless waves I have discovered will have any practical application Alexander Stepanovich Popov Nikola Tesla Guglielmo Marconi

131 Hacía 1888 Hertz había construido aparatos para generar y detectar ondas electromagnéticas (ondas VHF y UHF). Explicó la reflexión, la refracción, la polarización, la interferencia y la velocidad de las ondas electromagnéticas.

132 La luz es una onda electromagnética que se propaga en el éter.

133 Mecánica (y todas sus derivaciones) –Continuidad. Invención y aplicación del cálculo diferencial e integral y del análisis matemático –Concepto de partícula Electromagnetismo. - La teoría ondulatoria de la luz. Óptica Termodinámica Teoría cinética de los gases

134 William Thomson Kelvin (Lord Kelvin): Dos pequeñas nubes en el horizonte El resultado negativo del experimento de Michelson y Morley La catástrofe ultravioleta de la ley de Rayleigh-Jeans. El problema del cuerpo negro

135 Planck was extremely gifted when it came to music: he took singing lessons and played the piano, organ and cello, and composed songs and operas. However, instead of music he chose to study physics.physics MunichMunich physics professor Philipp von Jolly advised him against going into physics, saying, "in this field, almost everything is already discovered, and all that remains is to fill a few holes." Planck replied that he did not wish to discover new things, only to understand the known fundamentals of the field, and began his studies in 1874 at the University of Munich. Under Jolly's supervision, Planck performed the only experiments of his scientific career, studying the diffusion of hydrogen through heated platinum, but soon transferred to theoretical physics.Philipp von JollyUniversity of Munichdiffusion hydrogenplatinum theoretical physics

136 En Munich, el profesor de Física Philipp von Jolly, le advirtió que no se metiera a Física, diciendo, en este campo, casi todo ha sido descubierto, y todo lo que falta es llenar algunos agujeros. Planck respondió que no quería descubrir nuevas cosas, que sólo quería entender los fundamentos ya conocidos del campo, y empezó sus estudios en 1874 en la Universidad de Munich.

137 Realista y materialista. El mundo existe, independientemente del observador: Ahí está El mundo es causal. Es más, es determinista (Laplace) El mundo es local Sólo influyen los eventos cercanos

138 Pero aún había mucho por descubrir, nuevos fenómenos que nadie imaginaba. Tercero …..