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¿Seremos capaces de descifrar los grandes misterios que envuelven todavía la formación y composición del Universo?

Para tales menesteres, científicos y físicos de todo el mundo trabajan en Suiza con el acelerador de partículas del CERN.

CERN es el acrónimo de Laboratorio Europeo de Física de Partículas. Es el laboratorio internacional donde fueron descubiertos los bosones W y Z, y donde fue tomando forma el invento más importante del siglo XX para la difusión cultural: la World Wide Web (WWW).

El acelerador del CERN, en las cercanías de Ginebra, está constituido por un tunel subterráneo de forma circular de 27 kilómetros de perímetro.

En su interior hay miles de imanes superconductores en el centro de los cuales discurre un tubo al que se le ha realizado un vacío perfecto y al que se le aplica un campo magnético para que los electrones y positrones (¡bendito Asimov!) de su interior mantengan una trayectoria curva, aumentando su velocidad a base de radiofrecuencia.

Los científicos estudian sus colisiones, tanto de electrones y positrones como de materia y antimateria. Esta es la forma de estudiar el pasado más antiguo que existe: las primeras instantáneas de la creación del Universo

Se materializan pues, los estados primigenios de nuestro Universo, llegándose a representarlo cuando tenía menos de un picosegundo (billonésima de segundo) y se recrean las condiciones que tuvieron lugar en nuestro Universo en regiones extraordinariamente pequeñas del espacio-tiempo.

Este hecho, demuestra que dentro de cualquier corpúsculo de materia ordinaria, quedan restos de nuestro pasado, … de nuestro origen.

Enlaces de interés: Site oficial: CERN Paseo educativo La Aventura de las partículas

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Podemos movernos de diferentes formas y a distintas velocidades:

• paseo tranquilo -3 km/h-
• carrera rápida -12 km/h-
• en el coche -120 km/h-
• en avión -900 km/h-
• en un cohete -12000 km/h-
• …

Pero en ninguna de estas ocasiones observaremos nada especial que se salga de lo que estamos acostumbrados a sentir. De hecho, el hombre no puede superar, de momento, velocidades superiores a las expuestas.

La velocidad de la luz es de, aproximadamente, 300000 km/s. Es la velocidad más rápida, una barrera infranqueable que no puede traspasarse. Una velocidad que los humanos jamás podremos alcanzar.

Veamos sus efectos

El movimiento a velocidades cercanas a la de la luz -c de ahora en adelante- produce curiosos efectos no visibles a las velocidades a la que nos movemos los humanos. A saber:

1. Aumento de masa ( masa)

ecuación de Lorentz

2. Contracción de la longitud

ecuación de FitzGerald

3. Dilatación del tiempo

Fijémonos que a medida que nos acercamos a la velocidad de la luz, 1 hora se va dilatando, más y más y más …

Comprobando que es gerundio

Todas estas consecuencias derivadas de los velocidades relativistas han sido corroboradas en los aceleradores de partículas, dando, pues, la razón a Einstein y sus teorías.

CERN

En el interior del acelerador de partículas se coloca un electrón (masa=9.11 x 10^-28 gr.) y se va acelerando llegando a alcanzar velocidades cercanas a la de la luz, constatándose perfectamente el de masa en función de la velocidad, tal como indicó en su día Lorentz.

(Artículo original del 29/04/2002)

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¿Cuál es el origen de la famosa fórmula de Einstein?

El origen de la famosa ecuación de Albert Einstein. ¿Nos os habeis preguntado de dónde debe venir esa famosa ecuación que tanta importancia ha tenido en la Ciencia moderna? Este artículo son básicamente 4 o 5 ecuaciones que demuestran el origen y el cálculo de la famosa fórmula que convierte la masa en energía.

Einstein trabajó la ecuación de Lorenz que nos da la masa de los objetos que se mueven a velocidades relativistas.

Observemos que hemos transformado la fórmula por otra que resultará más adecuado para nuestros propósitos.

Ahora no hay raíz. En su lugar tenemos un binomio elevado a un exponente. Si echamos mano del baúl de los recuerdos, repararemos en el famoso "binomio de Newton" para poder desarrollarla.

Los términos en que puede desarrollarse son infinitos y cada uno será menor que el anterior, es o es evidente. Por tanto, sólo tomamos los 2 primeros olvidando el resto, pues la suma de todos ellos será tan pequeña que podemos despreciarla. Nos quedará entonces

y sustituyendo el resultado en la ecuación original obtendremos

y recordemos que mv²(1/2) nos da la energía cinética o de movimiento de un cuerpo de masa m viajando a una velocidad v, luego

E=(1/2)mv²

Siendo m-m₀= aumento de masa, y denominándolo simplemente m, nos queda,

Esta ecuación nos indica que la masa es una forma de energía y que un cuerpo de masa ínfima posee una energía enormemente grande.

Para saber más:

La teoría especial de la relatividad Relatividad para principiantes (merece la pena, es un trabajo buenísimo) Special Relativity

(Artículo original del 1/05/2002)

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Consideraciones

Albert Einstein obtuvo el Premio Nobel de Física en 1921 y no por su Teoría de la Relatividad, ni general ni especial. Lo obtuvo por la demostrar quela "hipótesis cuántica" de Planck podía explicar lo que conoce como efecto fotoeléctrico, es decir, la característica que algunos metales tienen de desprender electrones al ser iluminados. Este artículo data de 1905, cuando Einstein todavía se encontraba en la oficina de patentes en Suiza.

A finales del s. XIX los científicos creían que el espacio estaba lleno de un medio contínuo al que denominaron "éter". De la existencia de este "éter" se justificaba que la velocidad de la luz (c de ahora en adelante) parecería > a un observador en una nave espacial que viajase al encuentro de la luz y < a otro que viajara en la misma dirección. En cambio, no se encontraron diferencias entre la velocidad de la luz en la dirección del movimiento de la órbita terrestre y en la dirección perpendicular a la misma. Estos experimentos fueron realizados por la pareja Michelson-Morley en 1887. Llegaron pues, a la conclusión de que la luz viajaba siempre a la misma velocidad con respecto al observador, fuera cual fuera el movimiento de éste. Tanto si estuviera parado como si se moviera con + o - velocidad y en cualquier dirección.

Einstein, en un artículo publicado en 1905 dijo que si no podemos detectar si nos movemos o no en el espacio, la noción del "éter" como medio en el espacio resultaba redundante y por tanto innecesaria. Como consecuencia de esta afirmación, formuló el postulado de que las leyes de la ciencia deberían parecer las mismas a todos los observadores que se movieran libremente. Por lo tanto, la medición de c no variará en función de quién realice la medición. Será independiente de su movimiento y tendrá el mismo valor en todas las direcciones.

La consecuencia más importante de todo esto, es que el tiempo es una magnitud relativa y cada observador medirá su tiempo, que no debe coincidir con el de los demás, a no ser que ambos estén en la misma situación uno respecto al otro, como por ejemplo, viajando ambos dentro de la misma nave. No así, si viajaran en naves distintas, con dirección, sentido y velocidades distintas.

Los experimentos realizados mandando sendas sondas con sendos relojes muy precisos orbitando alrededor de la Tierra durante una larga temporada en direcciones opuestas (una de este a oeste y otra de oeste a este) , han confirmado estas deducciones teóricas de Einstein al observarse diferencias en los registros de los relojes.

Einstein destronó así, 2 de los principios básicos en los que se sustentaba la Ciencia a finales del s.XIX:

• La existencia del "éter", es decir, la idea del reposo absoluto
• El tiempo absoluto

El primero ya ha quedado ejemplificado anteriormente, en cuanto al segundo, es fácil de entender si nos detenemos a pensar de qué forma una persona dentro de un ascensor puede determinar si éste está parado o acelerando. La respuesta se hace evidente, de ninguna. Las 2 situaciones, reposo relativo y movimiento uniformemente acelerado son indistinguibles. Las experiencias realizadas en un laboratorio en reposo relativo darán los mismos resultados que si viajamos dentro de una nave a 200000 km/s. Si lanzamos verticalmente y hacia arriba una pelota, caerá hacia abajo por la misma vertical que haya subido, tanto en el laboratorio terrestre como en el de la nave, ya que nosotros y todo lo que hay en la nave viaja con ella y a la misma velocidad, con lo que ese movimiento es un estado de equilibrio. Los dos asientos de piloto y copiloto estarán siempre uno al lado de otro y en reposo relativo uno respecto al otro al viajar ambos en la misma nave y a la misma velocidad, pero ese reposo no será tal para el observador que desde la Tierra ve como se aleja la nave y con ella los 2 asientos. En su sistema referencial, los asientos están en movimiento con respecto a él.

Que c sea la misma para cualquier observador implica que nada puede moverse a una velocidad > c

La famosa fórmula E=mc² relaciona la masa y la energía, de hecho las hace equivalentes, lo que implica que si usamos E para acelerar un objeto, su masa aumentará y deberemos incrementar E para poder seguir acelerándolo, por lo que para que un móvil alcance c supondría un aporte infinito de E, lo cual es imposible. Consecuentemente c es imposible de alcanzar, incluso para partículas tan ligeras como puedan ser los electrones. Recordar que los experimentos con aceleradores de partículas han demostrado todas estas afirmaciones manifestadas por Einstein, pero eso es un asunto para tratar en otro artículo.

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Título: El Universo en una cáscara de nuez (en el inglés original "The universe in a nutshell") Autor: Stephen Hawking Editorial: Crítica/Planeta ISBN: 84-8432-293-9

Traducción en castellano del libro (traducción hecha por David Jou) en el que Stephen Hawking describe una de las más preciosas teorías sobre el Universo que se hallan elaborado hasta ahora, explicando desde la base de la teoría de la relatividad y el big bang hasta llevarnos poco a poco al interior de nuestro universo nuez…

Cada vez debemos abrir más nuestras mentes para explorar nuevos horizontes, darnos cuenta que tal vez nuestro universo no es infinito en la manera en que lo concebimos, quizá solo sea demasiado grande, eso aún no podemos afirmarlo. Debemos explorar, buscar bases que nos ayuden a comprender mejor nuestro entorno ¿estarán las respuestas en esa cáscara de nuez? ¡Nuestro universo podría tener 10 u 11 dimensiones! En este libro el tiempo y la historia tienen una forma bien definida, e incluso, la posible forma infinita del universo atrapada en una fina membrana con la forma de una cáscara de nuez se nos podría antojar a un universo fractal. Cómo se expande el conocimiento. Escarbando cada vez más profundo en lugar de ir más lejos tal vez estemos más cerca de hallar la respuesta. Recomiendo mucho este libro, que aunque intenta ser lo más sencillo y evitar los términos científicos, requiere de algunos conocimientos previos para una mayor comprensión. Además, esta vez el universo se nos muestra de una manera en la que no habíamos pensado. Por favor léanlo y maravillense o sorpréndanse por ustedes mismos.

Resumen de los capítulos del libro Capítulo 1 : Breve historia de la relatividad Capítulo 2 : La forma del tiempo Capítulo 3 : El universo en una cáscara de nuez Capítulo 4 : Prediciendo el futuro Capítulo 5 : Protegiendo el pasado Capítulo 6 : ¿Será nuestro futuro como Star Trek o no? Capitulo 7 : Los nuevos universos membrana

En el libro también se recomiendan lecturas adicionales como: Einstein, Albert, The Meaning of Relativity, Princeton, Princeton University Press, 1988 (Traducción al castellano: EL significado de la relatividad, Espasa Calpe, Madrid, 1971) Feynman, Richard, The Character of Physical Law, Cambridge, Mass., MIT Press, 1995 (Traducción al castellano: EL carácter de la ley física, Colección Muy Interesante, Orbis, Barcelona, 1986) Greene, Brian, The Elegant Universe, Londres, Jonathan Cape, 1999 (Traducción al castellano: EL universo elegante, Crítica-Planeta, Barcelona, 2001) Guth, Alan, The Inflationary Universe, Reading, Mass., Addison-Wesley, 1997 Rees, Martin, Our Cosmic Habitat, Princeton, Princeton University Press, otoño 2001 Rees, Martin, Just Six Numbers, Nueva York, Basic Books, 1999 Thorne, Kip, Black Holes and Time Warps, nueva York, Norton, 1994 (Traducción al castellano: Agujeros negros y tiempo curvo, Crítica, Barcelona, 1995) Weinberg, Steven, The first three minutes, Nueva York, Basic Books, 1993 (Traducción al castellano: Los tres primeros minutos del universo, Alianza editorial, Madrid, 1978)

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