Edad Dorada de la Física

Presentación del tema: "Edad Dorada de la Física"— Transcripción de la presentación:

1 Edad Dorada de la Física
Watson 15

2 Nueva forma de investigar
: Descubrimientos continuos Ultima etapa de grandeza en Europa Laboratorio Cavendish (Oxford) Ernest Rutherford - Director Desvencijado Ambiente consciente vivir momentos cruciales Club Kapitza de Cambridge Fundado por joven físico ruso contra estructura jerárquica Desdén por la posición formal participantes Chadwick anuncia por primera vez su descubrimiento neutrón Investigación con prisa y detectives por ser el primero en conseguirlo Caltech Mayor telescopio del mundo, en LA Laboratorio p estudio reactores de propulsión Laboratorio de biología Desarrollo cada vez + frecuente fórmulas matemáticas -> desarrollo lógica -> concepción + coherente del mundo

3 Rutherford – División átomo
: Descubrimientos continuos Ultima etapa de grandeza en Europa Laboratorio Cavendish (Oxford) Ernest Rutherford - Director Desvencijado Ambiente consciente vivir momentos cruciales Club Kapitza de Cambridge Fundado por joven físico ruso contra estructura jerárquica Desdén por la posición formal participantes Chadwick anuncia por primera vez su descubrimiento neutron Investigación con prisa y detectives por ser el primero en conseguirlo Caltech Mayor telescopio del mundo, en LA Laboratorio p estudio reactores de propulsión Laboratorio de biologa Desarrollo cada vez + frecuente fórmulas matemáticas -> desarrollo lógica -> concepción + coherente del mundo Nitrógeno – Un efecto anómalo Similitud actuación hidrógeno al pasar radiación Desintegración átomos de nitrógeno -> División átomo al trasmutar nitrógeno en hidrógeno y oxígeno El bombardeo del núcleo de helio al núcleo de hidrógeno desplaza un protón (Núcleo de hidrógeno)-> : 17 Consecuencias Carácter transmutable de la naturaleza Nuevas vías estudio átomo Elementos susceptibles de estudio por tener estructura Boro, flúor, sodio, aluminio, fósforo Capas externas de muchos electrones q conforman una barrera eléctrica mucho + resistente Si se quiere romper, se necesita una fuente más poderosa de partículas alfa Necesario saber cómo acelerar partículas a velocidades + altas -> aceleradores de partículas

4 Física cuántica Niels Bohr Demuestra lazos entre física y química
Atrae interés IN física cuántica a Dinamarca Reacción rápidas y precisas Mucha fuerza de voluntad y resistencia Demuestra lazos entre física y química Relación et estructura atómica y tabla periódica elementos Orbitas electrones tan solo en ciertas características Las sucesivas capas orbitales de un electrón pueden contener solo un número preciso de electrones A igual comportamiento químico, disposición semejante electrones de las capas externas Ejemplo: bario y radio, con dos electrones en capa externa

5 Principio de la exclusión
Amplia ideas Bohr sobre comportamiento químico Las propiedades químicas determinadas por Numero electrones átomo Dispersión electrones en las órbitas Wolfgang Pauli Depresión ante problemas científicos ¿por qué los electrones no se agolpan junto al núcleo? Descubre: cada capa solo contiene 1 ó 2 electrones Cuando la capa se llena, el electrón debe colocarse en otra Capa interna, máximo de 2 y externa, de max 8 Un electrón en una órbita: elementos activos químicamente Hidrógeno, litio Numero par, elementos inertes Neon, helio

6 “Correspondencia” Base matemática genuina de estructura atómica
Werner Heisenberg Göttingen, corrige ideas de Bohr ¿*Q Coincidencia física cuántica y clásica en frecuencias bajas? Rareza cuántica Es imposible observar directamente un átomo Propiedades: continuo en un punto y discreto en otro Método matemático matricial Agrupar medidas en tabla bidimensional para que dos matrices den origen a una tercera Atomo: matriz / “regla” : otra matriz “matriz sodio” * “matriz línea espectral”= longitudes de onda de las líneas espectrales del sodio

7 Dualidad onda-corpúsculo
Luois de Broglie Luz se puede comportar como partícula ocasionalmente También: Las partículas se pueden comportar como ondas Probado: éxito inmediato Erwin Schördinger La órbita electrón es como la de una onda, no como planetas Estructura de onda determina tamaño órbita Evitar el caos: La onda debe corresponder a numero entero, a no a facción

8 Principio incertidumbre
Einstein: “es la teoría lo que decide lo que podemos observar” Heisenberg: Para determinar posición partícula es necesario q choque contra pantalla sulfuro zinc, peor esto altera su velocidad Para saber la velocidad de una partícula se mide por la dispersión de rayos gamma, pero esto cambia el curso Hay limites que nos impiden conocer todo en la física cuantica => no se puede saber al mismo tiempo posición exacta y velocidad electrón Imposible saber relación causa-efecto en mundo subatómico Probabilidad: única forma de comprender comportamiento electrón -> recurso a la estadística Oposición Einstein: La mecánica no es ninguna panacea.[...] Él no juega a los dados”

9 Neutrón Especulaciones Ernest Rutherford, 1920
Posibilidad tercer componente átomo “núcleo de carga nula” “propiedades muy novedosas Campo electrico externo prácticamente nulo, excepto junto al núcleo Movimiento en libertad por la materia Necesario buscarlo Electrón (negativo) + Protón (positivo) + neutron

10 Incoherencias crecientes en década 1920
Relación peso atómico y número atómico Nº: carga eléctrica núcleo + total protones Helio: 4, peso atómico 4/ Plata: 47 – 107 /Uranio:92-235 Idea: el nocleo cuenta con protones adicionales, asociados con electrones neutralizates ¿con q energia se mantenían dentrod el núcleo? No se veian nunca cuando se bombardeaba el núcleo

11 James Chadwick Convencido de algo semejante al neutrón
Estudio rayos gamma Forma intensa de luz desprendida al bombardear elementos ligeros con partículas alfa Sorpresa: Berilio no se desintegraba H.C Webster: “la radiación del berilio emitida en el mismo sentido de las partículas alfa era mas fuerte que en sentido contrario La radiación no se dispersa en todas direcciones como la luz Entonces, es una partícula, despedida en dirección de un alfa entrante Neutrón? Irene Juliot-Curie calcula energía: 3 veces las partículas con q se bombardea Un protón es 1368 veces mas pesado q electrón: imposible q los desaloje Chadwick contraataca La radiación Berilio es enorme, pero carga eléctrica neutra Su radiación desplazaba a todos los protones Las energías protones desplazados demasiado importantes p ser causada por rayos gamma Nature: podemos renunciar a aplicar la teoría de conservación de al energía => será posible estudiar el núcleo de forma + profunda

12 Constante cosmológica
Astronomía: Ámbito apropiado descubrimientos física Impacto Einstein Se pasa a pensar en universo en movimiento Observación de galaxias y de movimientos Demuestra Universo en expansión o contracción Metedura pata: modifica cálculos p evitar idea movimiento Alexander Friedmann: obliga recapacitar Einstein Entorno familiar difícil: madre abandona a padre Aprendizaje autodidacta- Da cuenta error a Einstein Universo homogéneo y en constante expansión Georges Lemaitre desarrolla sus ideas ”Constante” Nebulosas espirales Manchas confusas en el cielo q permitían estudiar expansión Su luz se desplazaba al extremo rojo del espectro Efecto Doppler (1842): las ondas de luz y sonido cambian con la distancia Cuando un tren se acerca y se aleja, su sonido cambia Al acercarse un foco, la luz es más azul, al alejarse se enrojece 1922: Comprobado parcialmente en Arizona Tonos rojos y tnos azules en distintos extremos de las nebulosas examinadas Luz de Hubble 1929: Hubble: telescopio + grande del mundo (L.A., reflector de 250 metros) Las nebulosas son galaxias enteras “variables cefeidas”: astros cuyo brillo varía en intensidad de forma regular 1908: Henrietta Levitt: relación matematica et brillo estrella, tamaño y distancia tierra Calculo distancia de unas veinte nebulosas Cuanto mas lejos está la galaxia, su luz es más roja Efecto demostrado en miles de galaxias Fama comparable a Einstein Demuestra una de las teorías más sorprendentes

13 Química Adelantos siglo XIX Linus Pauling
Cloruro Acido sulfúrico Tinte Alemania sobrepasa a UK Linus Pauling Permite comprender química, no solo memorizar Naturaleza del enlace químico gobernada por física Relación cristales peculiares y arquitectura moléculas Desarrollo cristalografía Rayos X Walter Heitler y Fritz London Vinculo electrones y longitudes one + reacciones químicas Intercambio electrones: Al acercarse átomos de hidrógeno, se intercambian los electrones Se produce un billón de veces por segundo Cemento: enlace químico de longitud definida El intercambio determina la arquitectura de la molécula

14 Leyes de Pauling Primera explicacion atomica de propiedades observables Conocimiento empieza a reconciliarse tb en qumica Elementos pueden agruparse de forma sistemática de acuerdo con sus relaciones electrónicas Propiedades químicas explican debilidad o fortaleza enlaces Mira: silicato q se rompe en láminas delgadas y transparentes enlaces fuertes en dos direcciones y debiles en una tercera Talco: silicato con todos los enlaces débiles 1939 La naturaleza del enlace químico Revoluciona forma de entender la quimica Crucial par abiólogos moleculares posguerra IIGM

15 Reactor Frank Whittle Autodidacta sobre aviación
Tesis sb avances diseño aeronautico Vuelo aviones entonces: 240 km/h a 3.000m altura Hay que alcanzar mayores alturas p evitar viento Motores pistón gasolina ineficaces en altura Turbina la solucion: eficacia aumenta a grandes alturas El reactor debe ser algo circular Mezcla aire y gasolina en compresor para ignición Gas fluye en chorro p impulsar aparato aparato Proporciona aire fresco a compreso y reiniciar proceso Si turbina y compresor en u mismo eje, solo una parte movil y mayor potencia q piston

16 Quien fabrica motor a reaccion
Power Jets (1936) Apoyo a construir reactor con fines comerciales Compañía financiera q presta £ Sociedad: Acciones como pago a Whittle Contemporáneoa a aumento presupuesto Defensa Alemania ocupa zona desmilitarizada Rhile Olvido suspicacias frente a posibilidades motor

17 Matemática Hito en la Historia lógica y matemáticas Teorema de Gödel
Hay límites en la lógica y las matemáticas -> frustración ¿porqué? ¿Hasta qué limites? Teorema de Gödel No a la base irrefutable matemáticas Resulta imposible conocer ciertas realidades Matemáticas no derivan de un solo sistema lógico Dificultades En cq sistema formal coherente, habrá siempre una oración imposible de demostrar y refutar Coherencia de sistema forma de aritmética indemostrable desde el interior de dicho sistema Paradoja de Richard Designación con números enteros definiciones sb matemáticas Ser nº richardiano implica “no tener la propiedad designada por la definición con la que se corresponde un número entero en el conjunto de definiciones seriadas” Contradicción sobre el numero n Fracaso Bertrand Rusell y otros Noe s factible crear sistema deductivo unitario Imposible q numero pequeño de axiomas permitan deducir toda verdad matemática Intuición matemática abierta Incompatible con la estructura de la física