percy acuña vigil - urbano peru acuña vigil newton vs. einstein . las teorías anti-newtonianas...
TRANSCRIPT
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
iquestNEWTON VS EINSTEIN Percy Acuntildea Vigil1
Este artiacuteculo tiene el propoacutesito de revisar sucintamente los hitos en la construccioacuten del conocimiento cientiacutefico tanto en relacioacuten a la obra de Newton como de Einstein para puntualizar algunos fundamentos episte-moloacutegicos sobre creencias al respecto This paper aims to examine briefly the standpoints in the construction of scientific knowledge in relation to the work of Newton as well of Einstein in order to point out some epistemological basis due to popular beliefs
Conceptos de base Citando a Newton He visto maacutes lejos porque me he apoyado en los hombros de gigantes2 Todos sus contemporaacuteneos tambieacuten podiacutean haberse apoyado en los mismos gigantes en que se apoyoacute Newton en Galileo en Hooke y hasta en los griegos pero no lo hicieron Einstein sin Riemman Gaus Poincareacute Lobatchevsky y sus contribuciones a la geometriacutea o sin Lorentz y sus derivadas o sin Newton no habriacutea podido hacer el trabajo que hizo porque habriacutea tenido que dedicar sus esfuerzos a la labor que otros hicieron antes que eacutel Y Newton no podriacutea haber hecho lo que hizo si no hubiera sido por el trabajo astronoacutemico de Copeacuternico Galileo y Kepler las cuidadosas observaciones de Tycho el trabajo axiomaacutetico de Euclides y los descubrimientos de Arquiacutemedes en caacutelculo geomeacutetrico
La Fiacutesica Aristoteacutelica Los filoacutesofos naturales griegos no pretendiacutean dar una explica-
cioacuten detallada de los mecanismos que rigen el comportamiento de la Naturaleza y mucho menos aspiraban a lograr predicciones cuantita-tivas de resultados experimentales Por contrario buscaban analogiacuteas de los fenoacutemenos naturales en teacuterminos maacutes familiares para lo que usaban frecuentemente el cuerpo del hombre las relaciones humanas los conflictos sociales etc Asiacute el magnetismo se podiacutea describir co-mo similar a la atraccioacuten que determinadas personas son capaces de ejercer sobre otras en virtud de una simpatiacutea innata y que no todos poseen
Los conceptos de atraccioacuten y repulsioacuten eran centrales en la ciencia prearistoteacutelica al ser tomados como agentes fundamentales de cambios en la Naturaleza La distincioacuten entre materia sujeto paciente de los cambios y fuerzas agentes de los mismos ya es un hecho en la antigua ciencia griega hacia el siglo V a de C
Aristoacuteteles
En esta se estableciacutean cuatro tipos de causas de cambios de las cuales la causa eficiente se tomaba como fuente primaria de todo cambio y representaba lo maacutes parecido a lo que hoy llamamos accioacuten o fuerza en un movimiento
La Fiacutesica de Aristoacuteteles estaacute dedicada fundamentalmente al estudio de las causas eficientes y su relacioacuten con el movimiento Se desarrolla sobre la base de cuatro principios
Paacuteg 1 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
1 Negacioacuten del vaciacuteo La existencia de espacios vaciacuteos supondriacutea velocidad infinita por ser eacutesta inversamente propor-cional a la resistencia del medio Y dentro del esquema aristoteacutelico no resultaba admisible la existencia de un moacutevil con esa propiedad
2 Existencia de una causa eficiente en todo cambio La causa eficiente se localizaba en la tendencia generalizada al propio lugar que no es sino la inclinacioacuten que todo cuerpo posee a ocupar el lugar que le corresponde por su propia naturaleza Esta propensioacuten al propio lugar ha sido interpretada a veces como una energiacutea potencial in-troducida de forma rudimentaria en otras se ha visto como la primera insinuacioacuten de un modelo de accioacuten a distancia que seriacutea la ejercida por la Tierra sobre los demaacutes cuerpos
3 Principio de la accioacuten por contacto En todos los movimientos excepto en los naturales debe existir como causa eficiente un agente en contacto con el objeto moacutevil Se tomaba como resultado experimental aunque apareciacutean difi-cultades concretas a la hora de explicar los movimientos de proyectiles el magnetismo y las ma-reas En los tres casos el agente pareciacutea operar a traveacutes de la continuidad del medio
4 Existencia de un primer agente inmoacutevil
Aristoacuteteles pensaba por tanto que el estado natural de las cosas en la Tierra era el repo-so Cualquier objeto en movimiento regresaba a ese estado natural de reposo lo antes posible En el cielo por el contrario la Luna el Sol y las estrellas jamaacutes haciacutean un alto y se moviacutean siempre con la misma rapidez
Las ideas aristoteacutelicas sobre el movimiento de los objetos fueron lo uacutenico que pudo ofrecer la mente humana durante casi dos mil antildeos Luego vino Galileo
Alliacute donde Aristoacuteteles creiacutea que los objetos pesados caen maacutes raacutepidamente que los lige-ros Galileo mostroacute que todos los objetos caen con la misma velocidad Aristoacuteteles teniacutea razoacuten en lo que se refiere a objetos muy ligeros era cierto que caiacutean maacutes despacio Pero Galileo expli-coacute por queacute al ser tan ligeros no podiacutean abrirse paso a traveacutes del aire en el vaciacuteo por el contra-rio caeriacutea igual de aprisa un trozo de plomo que el objeto maacutes ligero pues eacuteste no se veriacutea ya retardado por la resistencia del aire Unos cuarenta antildeos despueacutes de la muerte de Galileo el cientiacutefico ingleacutes Isaac Newton estudioacute la idea de que la resistencia del aire influiacutea sobre los objetos en movimiento y logroacute descubrir otras formas de interferir con eacuteste
La Fiacutesica de Newton Newton cuyo nombre es sinoacutenimo de la Fiacutesica nacioacute en 1642 Se convirtioacute al pasar los
antildeos en uno de los maacutes grandes genios de la humanidad de todos los tiempos Sus aportes a la Fiacutesica y Matemaacuteticas son tan numerosos e importantes que han moldeado la sociedad tecnoloacutegi-ca en que vivimos3
En el antildeo de 1666 (ldquoannus mirabilisrdquo) cuando Newton teniacutea 23 antildeos desarrolloacute la ley fundamental de la fuerza de atraccioacuten entre dos masas lo que hoy se llama la Teoriacutea gravita-cional de Newton (TGN) Con esta ley se puede entender y predecir no soacutelo el movimiento de los planetas alrededor del sol sino praacutecticamente toda la dinaacutemica estelar en nuestro sistema solar
Sin dudas su obra maestra Los Principia Principios Matemaacuteticos de la Filosofiacutea Natural publicada en 1687 es la obra fundamental de la fiacutesica claacutesica Newton logroacute unificar el movimiento de los cuerpos en las cercaniacuteas de la Tierra con el movimiento de los astros Para ello basaacutendose en los trabajos de Galileo y Kepler desarrolloacute axiomaacuteticamente las leyes de movimiento y postuloacute la ley de gravitacioacuten universal Desarrolloacute ademaacutes muchas herramientas matemaacuteticas para realizar sus predicciones teoacutericas Sus contribuciones no se restringieron soacutelo a la mecaacutenica y la matemaacutetica En 1704 publicoacute su tratado de Oacuteptica
Paacuteg 2 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
La Fiacutesica de Newton tomaba como punto de partida un universo constituido por corpuacutesculos exten-sos y por espacio vaciacuteo Cada uno de ellos con la pro-piedad de actuar a distancia es decir de ejercer fuerzas directa e instantaacuteneamente sobre los demaacutes Con este esquema baacutesico Newton desarrolloacute sus conocidas teo-riacuteas sobre el movimiento y sobre la gravitacioacuten publi-cadas en 1686
La Mecaacutenica de Newton describe coacutemo las fuerzas producen movimiento
Primera Ley o Ley de la Inercia Todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectiliacute-neo con velocidad constante si no estaacute sometido a una fuerza exterior Establece que un cuerpo se mantiene en su estado de movimiento si no actuacutean fuerzas sobre el mismo
Sir Isaac Newton
Segunda Ley o Ley de la Fuerza El cambio de movimiento de un cuerpo es proporcional a la fuerza exterior inversamente proporcional a la masa del cuerpo y tiene lugar en la direccioacuten de la fuerza Establece la proporcionalidad entre la in-tensidad de la fuerza y la aceleracioacuten (segunda ley)
Tercera Ley o Ley de Accioacuten y Reaccioacuten A toda accioacuten se opone una reaccioacuten igual y de sentido contrario Establece que la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un segundo cuerpo es igual y de sentido contrario al que ejerce el segundo sobre el primero
Justamente la combinacioacuten de estas leyes con las leyes de Kepler fue lo que le permitioacute for-mular su famosa
Ley de la Gravitacioacuten Dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cua-drado de la distancia que las separa
La teoriacutea de la gravitacioacuten estudia la naturaleza de las fuerzas asociadas con los corpuacutes-culos son fuerzas atractivas y centrales actuacutean seguacuten la recta que determinan sus respectivos centros
Newton establecioacute la variacioacuten cuantitativa de esta fuerza resultaba ser directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa los centros de los cuerpos
Aplicando esta ley pudo calcular el movimiento de los planetas con gran aproximacioacuten y tambieacuten deducir correctamente las leyes descubiertas por Kepler y Galileo La teoriacutea de New-ton era sorprendentemente superior en la prediccioacuten de nuevos resultados a cualquier teoriacutea precedente en la historia del pensamiento humano
La ley del inverso del cuadrado de la distancia estaacute en perfecta consonancia con la meta-fiacutesica de Newton porque tiene interpretacioacuten geomeacutetrica y parece seguirse del caraacutecter mismo del espacio La teoriacutea newtoniana de la accioacuten a distancia no involucra al medio y supone la existencia de corpuacutesculos espacio vaciacuteo fuerzas centrales actuando a distancia e interaccioacuten instantaacutenea
Aunque dentro del esquema newtoniano la ley de gravitacioacuten resultaba absolutamente coherente hay que resaltar que para el propio Newton era ya patente la dificultad de su adapta-cioacuten a otro tipo de interaccioacuten No predeciacutea nada sobre otros muchos modos de accioacuten de un cuerpo sobre otro No explicaba por ejemplo la cohesioacuten fuerza que mantiene unidos a los cuerpos ni tampoco las fuerzas eleacutectricas magneacuteticas ni quiacutemicas Se aceptaba que este modelo sirviera de base para el estudio de otros fenoacutemenos como la electricidad
Paacuteg 3 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Las teoriacuteas anti-newtonianas Las teoriacuteas que se oponiacutean a la Fiacutesica formulada por Newton tuvieron origen en Descartes Se destaca la gran relacioacuten que habiacutea en aquella eacutepoca entre la Fiacutesica que empezaba a despuntar e interpretar con gran eacutexito los fenoacutemenos de la Naturaleza y la Filosofiacutea
La Fiacutesica de Descartes El filoacutesofo franceacutes Descartes comienza al crear todo un sistema del mundo en el que la
materia se identificaba con el espacio y no habiacutea lugar para el vaciacuteo La ley fundamental del sistema de Descartes es la conservacioacuten del movimiento Dios infundioacute al Universo cierta canti-dad de movimiento que continua inalterado Para Descartes movimiento es momento (mv) prescindiendo del caraacutecter direccional de la velocidad Puede haber transferencia de movimiento entre partiacuteculas que chocan pero nunca puede ser creado ni destruido
La causalidad fiacutesica se reduce a un principio puramente mecaacutenico todo cambio es mo-vimiento y toda alteracioacuten del movimiento se debe al contacto entre los cuerpos Para Descartes la cuestioacuten clave de la Fiacutesica que nunca se habiacutea planteado hasta entonces estribaba en las le-yes de los choques entre los cuerpos que eacutel mismo formuloacute
Las modificaciones de Leibniz4
Leibniz modificoacute el modelo de Descartes en varios aspectos fundamentales para expli-car la impenetrabilidad de los cuerpos Si los cuerpos son objetos meramente geomeacutetricos iquestpor queacute no se atraviesan como podemos imaginar que sucede con los objetos geomeacutetricos La pre-gunta no teniacutea solucioacuten dentro del sistema de Descartes Para contestarla era necesario conside-rar junto con la extensioacuten la fuerza como otra propiedad esencial de la materia La fuerza debe-riacutea ser repulsiva para resistir la penetracioacuten Leibniz arguye ademaacutes que hay que asignar fuerzas a todos los puntos de la materia y no solo a partiacuteculas de tamantildeo finito
Esta nueva concepcioacuten del espacio como un continuo de puntos materiales con fuerza asociada encontroacute fuerte oposicioacuten por parte de los partidarios de la Fiacutesica de Newton basada como ya se ha indicado en corpuacutesculos vaciacuteo y accioacuten a distancia
La siacutentesis de Kant Tanto Boscovich5 como Kant intentaron sintetizar las ideas de Newton y de Leibniz pa-
ra unir la contundente ciencia de Newton con la persuasiva metafiacutesica de Leibniz Ambos aban-donaron la idea de que el mundo estaacute lleno que es un campo de materia o de fuerzas Sin em-bargo fue a traveacutes de su influencia como Faraday llegoacute a establecer su teoriacutea de los campos de fuerzas6
El descubrimiento de Oersted En 1820 Oersted dio a conocer su descubrimiento de que la corriente eleacutectrica produce
efectos magneacuteticos observando como el paso de una corriente eleacutectrica hace desviarse a una aguja imantada
Oersted directamente influido por Kant era un pensador encuadrado dentro de la tradi-cioacuten antinewtoniana Su liacutenea de trabajo giraba en torno a la idea de la unidad de las fuerzas es decir de que todas las fuerzas son simplemente manifestaciones de las fuerzas atractivas y re-pulsivas fundamentales (igual que Kant) Siguiendo la idea de la unidad de las fuerzas a Oers-ted le pareciacutea que todas las fuerzas debiacutean de ser directamente convertibles unas en otras En un trabajo en el que analizaba la presunta identidad entre las fuerzas quiacutemicas y eleacutectricas Oersted ya habiacutea sentildealado (1813) antes de su famoso descubrimiento la importancia de comprobar la interaccioacuten entre la electricidad y el magnetismo
El modelo unificado en el que todas las fuerzas conocidas por entonces (eleacutectricas magneacuteticas de cohesioacuten gravitacionales etc) se podriacutean entender como formas distintas de las dos uacutenicas acciones posibles la repulsioacuten por contacto y la atraccioacuten a distancia parece que fue una guiacutea constante en las investigaciones de Faraday sobre la electricidad y el magnetismo
Paacuteg 4 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere Ampegravere7 fue uno de los maacutes sorprendidos por el descubrimiento de Oersted Como mu-
chos otros era de la opinioacuten de Coulomb de que soacutelo habiacutea interacciones entre la electricidad y la electricidad y entre los fenoacutemenos magneacuteticos y los fenoacutemenos magneacuteticos es decir entre fenoacutemenos de la misma naturaleza Habiacutea llegado incluso a demostrar en algunas conferencias que los fenoacutemenos eleacutectricos y magneacuteticos se debiacutean a dos fluidos diferentes que actuacutean inde-pendientemente uno del otro y ademaacutes siempre habiacutea creiacutedo fervientemente en el programa de investigacioacuten newtoniano
Ampegravere se enfrentoacute con el problema siguiente iquestpodriacutea explicarse el experimento de Oersted a partir de una teoriacutea newtoniana Ampegravere concibioacute la posibilidad de que el magnetis-mo no fuera una sustancia distinta sino simplemente un aspecto de la electricidad
Formuloacute la hipoacutetesis de que si los efectos magneacuteticos se debiacutean a corrientes eleacutectricas circulares dentro de los imanes estas corrientes podiacutean interaccionar con las de otros imanes y con las corrientes voltaicas explicando asiacute el descubrimiento de Oersted En esa eacutepoca no se conociacutea interaccioacuten alguna entre las corrientes eleacutectricas Ampegravere realizoacute experimentos para ver si dos cables por los que pasaba corriente podiacutean interaccionar y descubrioacute que las corrientes eleacutectricas pueden atraerse o repelerse
Basaacutendose en estos hechos Ampegravere comenzoacute a desarrollar una teoriacutea newtoniana de la atraccioacuten entre corrientes Supuso que las secciones infinitesimales de la corriente denomina-das elementos de corriente actuacutean como los puntos maacutesicos de Newton la atraccioacuten o repul-sioacuten se ejerce a lo largo de la liacutenea de unioacuten de dos elementos de corriente por lo tanto las fuerzas son centrales Ademaacutes la atraccioacuten o repulsioacuten son inversamente proporcionales al cua-drado de la distancia entre los elementos y estaacuten en proporcioacuten directa a la intensidad de la co-rriente en cada elemento
Sin embargo Ampegravere tuvo que tener en cuenta los aacutengulos entre los elementos de co-rrientes para poder explicar su experimento lo cual constituye de por siacute una desviacioacuten del mo-delo newtoniano8 Basaacutendose en estas ideas Ampegravere construyoacute una brillante teoriacutea matemaacutetica sobre la atraccioacuten de las corrientes teoriacutea que no fue refutada por ninguacuten experimento
El electromagnetismo de Maxwell9
En el uacuteltimo tercio del siglo XIX James Clerk Maxwell (1831-1879) afronta la matema-tizacioacuten del electromagnetismo surgido a partir de las experiencias iniciales de Oersted y Ampeacute-re continuadas por Faraday que introdujo el concepto de campo eleacutectrico y de campo magneacutetico para delimitar las zonas de influencia de las fuerzas procedentes de cargas y corrientes eleacutectri-cas para el primero y las relativas a los imanes para el segundo
Maxwell consigue relacionar en su teoriacutea electromagneacutetica las propiedades de los ima-nes los cuerpos electrizados y las corrientes eleacutectricas y predice ademaacutes la propagacioacuten de los fenoacutemenos electromagneacuteticos mediante ondas viajeras a la velocidad de la luz considerada a partir de entonces como una perturbacioacuten electromagneacutetica El agrupamiento en una teoriacutea uacutenica del comportamiento eleacutectrico magneacutetico y oacuteptico de la materia supuso el hallazgo de una nueva siacutentesis cientiacutefica tan trascendente como la siacutentesis newtoniana pilares ambas de la fiacutesica claacute-sica pero de naturalezas tan diferentes que las contradicciones entre ellas hicieron tambalear los cimientos de aquella fiacutesica dando paso a una nueva fiacutesica asentada en los principios establecidos por Planck y Einstein
La Fiacutesica de Einstein Cuando Albert Einstein nace en 1879 todaviacutea predominaba la
actividad experimental sobre la fundamentacioacuten teoacuterica Se conociacutea la equivalencia entre el calor y el trabajo mecaacutenico lo que asociaba el calor con los fenoacutemenos energeacuteticos aunque todaviacutea se mantuvieran discre-pancias sobre si el calor era una sustancia una forma de energiacutea o un proceso fiacutesico se consideraba la luz como un fenoacutemeno ondulatorio
Paacuteg 5 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
modelo triunfante frente a quienes proponiacutean que su naturaleza era corpuscular el descubri-miento de la reciprocidad entre el magnetismo y las corrientes eleacutectricas a comienzos de siglo habiacutea desembocado en la teoriacutea electromagneacutetica de Maxwell y eran muchos los experimentos realizados en torno a la produccioacuten de radiaciones en el vaciacuteo Roumlntgen descubrioacute los rayos X el mismo antildeo 1895 en que Lorentz propone su teoriacutea del electroacuten confirmada experimentalmente al final de siglo por Thomson y Wien Becquerel descubre el comportamiento radiactivo del uranio (1896)
Al margen de las ensentildeanzas acadeacutemicas que Einstein seguiacutea de manera irregular se dedicoacute al estudio de las obras de Maxwell Hertz Kirchhoff y Helmholtz que lo pusieron al diacutea de los uacuteltimos avances de la fiacutesica Tambieacuten conocioacute las publicaciones de Ernst Mach10 a quien junto a Newton Maxwell Lorentz y Planck consideroacute Einstein sus precursores
Las explicaciones de principia matemathica resolviacutean todas las observaciones sobre la gravedad en la tierra y en el espacio pero no explicaban como funcionaba ni como estaba cau-sada Por 300 antildeos esta pregunta no fue resuelta
En 1915 einstein publico su teoriacutea general de la relatividad11 Einstein estaba de acuerdo con Newton de que el espacio teniacutea dimensiones y que podiacutea estar lleno de materia Pero New-ton no considero que el espacio estaba afectado por los objetos contenidos en el Einstein teori-zo que una masa podiacutea agujerear el espacio totalmente que podiacutea deformarlo doblarlo empu-jarlo o jalarlo La gravedad era un resultado natural de la existencia de una masa en el espacio Einstein incluyo ademaacutes una cuarta dimensioacuten al espacio el tiempo
De acuerdo con Einstein la gravedad de un objeto es una curvatura en el espacio Uno puede visualizar la deformacioacuten de la gravedad paraacutendose en un trampoliacuten en donde la masa de uno causa una deformacioacuten en el material del trampoliacuten De este modo se explico las mismas relaciones newtonianas (y predichas matemaacuteticamente con mayor precisioacuten) pero desde una oacuteptica de un espacio deformado
Esto afecto a la teoriacutea de Newton Si como Newton afirmaba la gravedad era constante la informacioacuten sobre un cambio de masa suacutebito tendriacutea que ser comunicado a todo el universo instantaacuteneamente Esto no tenia sentido para Einstein En su razonamiento si el Sol desapare-ciera suacutebitamente la sentildeal para que los planetas paren de orbitar tendriacutea que tomar un tiempo y definitivamente tomariacutea mas tiempo llegar a Plutoacuten que a Marte Nada de esto seria instantaacuteneo
Einstein aplico a esta situacioacuten el concepto de la deformacioacuten del espacio Al igual que una piedra en el estanque un cambio de masa causariacutea una ondulacioacuten en el espacio que viajariacutea de su fuente en todas direcciones a la velocidad de la luz Conforme se desplaza la onda ex-prime presiona estrecha y estira al espacio Se denomina a esta perturbacioacuten una onda gravita-cional De este modo Einstein explico todo lo que la teoriacutea de Newton hacia y mejor
Einstein predijo las ondas gravita-cionales pero considero que los cientiacuteficos no lo descubririacutean Su efecto era demasiado pequentildeo Esto recieacuten se descubrioacute en 1974 como la primera evidencia de la existencia de ondas gravitacionales12
No obstante que cualquier objeto puede generar ondas gravitacionales solo los extre-madamente masivos producen deformaciones en el espacio suficientes para ser medidas Estas deformaciones se encuentran solo en el espacio cosmoloacutegico como en las orbitas de las estrellas de neutroacuten o en los choques de los agujeros negros o en las supernovas La investigacioacuten que se viene realizando sobre estas ondas gravitacionales permitiraacute una mayor comprensioacuten de la gravedad13 y continuar con la construccioacuten de la Teoriacutea de la ciencia
La teoriacutea gravitacional de Newton Hasta comienzos del siglo XX la Teoriacutea gravitacional de Newton permanecioacute inaltera-
da y sin desafiacuteo alguno No es sino hasta comienzos de este siglo que la evidencia experimental de ciertos fenoacutemenos fiacutesicos entran en conflicto con las teoriacuteas de Newton Ello condujo a una grave crisis en la Fiacutesica Afortunadamente Bohr y Einstein originaron nuevos conceptos y pa-
Paacuteg 6 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
radigmas con los que se desarrollaron las teoriacuteas que compiten con la Fiacutesica de Newton (teoriacuteas no-newtonianas) Estas teoriacuteas llamadas Mecaacutenica cuaacutentica y la Teoriacutea de la relatividad gene-ral (TRG) permitieron resolver la crisis en la que la Fiacutesica estaba sumida
Validez de la Teoriacutea gravitacional de Newton aplicada a diferentes escalas de distancias
En la escala maacutes pequentildea Escala Atoacutemica se considera distancias dentro del aacutetomo La siguiente escala intermedia o Escala Solar tiene como liacutemite los confines de nuestro sistema solar Inmediatamente despueacutes se considera una escala auacuten maacutes grande la Escala Galaacutectica porque considera las distancias de maacutes allaacute de nuestro sistema solar hasta los liacutemites mismos de nuestra galaxia (Viacutea Laacutectea) Finalmente se tiene otra escala mucho mayor auacuten que se denomi-na Escala Cosmoloacutegica cuyas distancias son del orden de magnitud igual al de ldquoclustersrdquo de galaxias (conjuntos de maacutes de cincuenta galaxias)14
La TGN a Escala Atoacutemica Como es bastante conocido desde comienzos de este siglo la Teoriacutea gravitacional de
Newton (TGN) falla en los caacutelculos realizados a escala atoacutemica y debe ser reemplazada por la Mecaacutenica cuaacutentica15 Sobre este tema existe abundante literatura por lo que referimos al lector interesado a consultar por ejemplo las referencias 1 y 2 incluidas al final de este artiacuteculo
La TGN a Escala Solar En esta escala la Teoriacutea gravitacional de Newton (TGN) tiene su mayor eacutexito especial-
mente en su aplicacioacuten a la Astronomiacutea y en la prediccioacuten del paso de cometas eclipses movi-miento de planetas etc
Sin embargo en la segunda deacutecada de este siglo Einstein desarrolloacute una nueva teoriacutea gravitacional --la TRG-- que corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en la escala solar
Correcciones que la Teoriacutea de la relatividad general (TRG) hace a la Teoriacutea gravita-cional de Newton en la escala solar (TGN)
a) El corrimiento del perihelio del planeta Mercurio
Seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton los planetas orbitan alrededor del sol siguien-do una trayectoria eliacuteptica cerrada El planeta al dar una vuelta completa alrededor del sol pasa seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton por el mismo punto Si este punto es la distancia maacutes cercana al sol se llama el perihelio Los astroacutenomos de fines del siglo XIX habiacutean detectado y medido un corrimiento del perihelio de Mercurio Este corrimiento del perihelio de Mercurio fue asociado con las perturbaciones de los otros planetas sobre la oacuterbita de Mercurio
Se ha encontrado que el caacutelculo de este corrimiento en la TGN difiere del que ha encon-trado Einstein aplicando la TRG A la fecha no se ha encontrado sustento a la prediccioacuten de la TGN de que un objeto masivo no esfeacuterico produciraacute un corrimiento del perihelio Sin embargo ni los nuevos experimentos ni la tecnologiacutea de los antildeos ochenta encontroacute desviaciones significa-tivas en la esfericidad del Sol
b) La desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo
Este fenoacutemeno no tiene una explicacioacuten dentro de la Teoriacutea gravitacional de Newton Sin embargo la TRG permite predecir y calcular la desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo Einstein utilizando la TRG fue el primero en calcular la desviacioacuten de la luz proveniente de las estrellas lejanas al pasar cerca de nuestro sol Este valor fue confirmado por el astroacutenomo ingleacutes Eddington
A partir de esa fecha se han repetido las observaciones y se ha verificado que las obser-vaciones de la deflexioacuten de la luz son consistentes con la TRG Hoy en diacutea se estudia la de-flexioacuten de la luz al pasar por galaxias para estimar la masa de las galaxias y tambieacuten para detec-tar la posible presencia de objetos masivos con poca o ninguna luminosidad
Paacuteg 7 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
c) El retardamiento del tiempo
En la TRG los conceptos de espacio y tiempo estaacuten entremezclados mientras que en la Teoriacutea gravitacional de Newton son dos conceptos totalmente independientes Esto hace que en la TRG se hable de espacio-tiempo como una sola entidad En la TRG una masa produce una curvatura del espacio-tiempo alrededor de ella y es por esto que una onda electromagneacutetica pasando cerca de la masa y viajando entre los puntos A y B se demora maacutes que en el caso que la curvatura no existiera (en la Teoriacutea gravitacional de Newton el espacio alrededor de una ma-sa es plano no tiene curvatura) o fuera muy pequentildea como entre los puntos B y C Esto hace que se produzca entonces un retardamiento en el tiempo Este fenoacutemeno de la relatividad que no tiene analogiacutea en la Teoriacutea gravitacional de Newton fue predicho y calculado en la deacutecada de los sesenta16 La comprobacioacuten experimental de este efecto de la relatividad fue realizada por las naves Mariner que viajaron a Marte en el 1969
La TGN en las escalas galaacutectica y cosmoloacutegica17
En estas escalas y aun con la tecnologiacutea disponible todaviacutea los experimentos y las ob-servaciones son difiacuteciles de hacer y de interpretar Sin embargo a distancias galaacutecticas existen dos problemas que la Teoriacutea gravitacional de Newton no ha podido resolver hasta el diacutea de hoy en forma satisfactoria y que podriacutean estar indicando una falla en la fiacutesica newtoniana Estos problemas son
a) La masa oscura18
La Teoriacutea gravitacional de Newton permite calcular la velocidad (VN) que podriacutea tener una estrella digamos en una oacuterbita circular dentro de una galaxia Por otro lado se puede cal-cular en forma experimental la velocidad (VE) de esa misma estrella Los resultados experimen-tales y aqueacutellos encontrados usando la Teoriacutea gravitacional de Newton no coinciden De hecho VE gt VN (la velocidad experimental es mayor que la velocidad calculada)
Teacutecnicamente la graacutefica de la velocidad vs la distancia al centro de la galaxia se llama curva de rotacioacuten Para que los resultados teoacutericos y experimentales de las curvas de rotacioacuten coincidan (sin abandonar la Teoriacutea gravitacional de Newton) deberaacute haber maacutes masa dentro de la oacuterbita de la estrella de la que la se ve Es por esto que se postula la existencia de una masa no luminosa a la cual se le ha llamado masa oscura
b) La inestabilidad de los modelos de galaxias en la Teoriacutea gravitacional de New-ton19
En el estudio de galaxias los modelos que se desarrollan con la Fiacutesica de Newton re-quieren asumir otra vez la existencia de masa oscura alrededor de las galaxias para que los mo-delos newtonianos sean estables
Sin salirse del marco de referencia de la Teoriacutea gravitacional de Newton los dos pro-blemas antes mencionados no pueden resolverse sin apelar a la llamada masa oscura Sin em-bargo a pesar de la buacutesqueda intensa realizada con observaciones desde la tierra y desde sateacuteli-tes no se ha podido encontrar todaviacutea masa oscura en las cantidades requeridas por la Teoriacutea gravitacional de Newton para reproducir teoacutericamente las curvas de rotacioacuten experimentales y la estabilidad en los modelos de galaxias Tampoco se sabe con certeza cuaacutel es la naturaleza o queacute compone la masa oscura
La Teoriacutea Gravitacional de Weyl 20 En 1989 dos cientiacuteficos de la NASA D Kazanas y Manheinn21 desarrollaron una nue-
va teoriacutea gravitacional apelando a un principio fiacutesico llamado ldquoinvariancia localrdquo y demostraron que las nuevas soluciones exactas encontradas por ellos con esta nueva teoriacutea gravitacional se reducen en nuestro sistema solar a las conocidas de Newton-Einstein pero difieren de ellas a distancias galaacutecticas y cosmoloacutegicas
Paacuteg 8 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
1 Negacioacuten del vaciacuteo La existencia de espacios vaciacuteos supondriacutea velocidad infinita por ser eacutesta inversamente propor-cional a la resistencia del medio Y dentro del esquema aristoteacutelico no resultaba admisible la existencia de un moacutevil con esa propiedad
2 Existencia de una causa eficiente en todo cambio La causa eficiente se localizaba en la tendencia generalizada al propio lugar que no es sino la inclinacioacuten que todo cuerpo posee a ocupar el lugar que le corresponde por su propia naturaleza Esta propensioacuten al propio lugar ha sido interpretada a veces como una energiacutea potencial in-troducida de forma rudimentaria en otras se ha visto como la primera insinuacioacuten de un modelo de accioacuten a distancia que seriacutea la ejercida por la Tierra sobre los demaacutes cuerpos
3 Principio de la accioacuten por contacto En todos los movimientos excepto en los naturales debe existir como causa eficiente un agente en contacto con el objeto moacutevil Se tomaba como resultado experimental aunque apareciacutean difi-cultades concretas a la hora de explicar los movimientos de proyectiles el magnetismo y las ma-reas En los tres casos el agente pareciacutea operar a traveacutes de la continuidad del medio
4 Existencia de un primer agente inmoacutevil
Aristoacuteteles pensaba por tanto que el estado natural de las cosas en la Tierra era el repo-so Cualquier objeto en movimiento regresaba a ese estado natural de reposo lo antes posible En el cielo por el contrario la Luna el Sol y las estrellas jamaacutes haciacutean un alto y se moviacutean siempre con la misma rapidez
Las ideas aristoteacutelicas sobre el movimiento de los objetos fueron lo uacutenico que pudo ofrecer la mente humana durante casi dos mil antildeos Luego vino Galileo
Alliacute donde Aristoacuteteles creiacutea que los objetos pesados caen maacutes raacutepidamente que los lige-ros Galileo mostroacute que todos los objetos caen con la misma velocidad Aristoacuteteles teniacutea razoacuten en lo que se refiere a objetos muy ligeros era cierto que caiacutean maacutes despacio Pero Galileo expli-coacute por queacute al ser tan ligeros no podiacutean abrirse paso a traveacutes del aire en el vaciacuteo por el contra-rio caeriacutea igual de aprisa un trozo de plomo que el objeto maacutes ligero pues eacuteste no se veriacutea ya retardado por la resistencia del aire Unos cuarenta antildeos despueacutes de la muerte de Galileo el cientiacutefico ingleacutes Isaac Newton estudioacute la idea de que la resistencia del aire influiacutea sobre los objetos en movimiento y logroacute descubrir otras formas de interferir con eacuteste
La Fiacutesica de Newton Newton cuyo nombre es sinoacutenimo de la Fiacutesica nacioacute en 1642 Se convirtioacute al pasar los
antildeos en uno de los maacutes grandes genios de la humanidad de todos los tiempos Sus aportes a la Fiacutesica y Matemaacuteticas son tan numerosos e importantes que han moldeado la sociedad tecnoloacutegi-ca en que vivimos3
En el antildeo de 1666 (ldquoannus mirabilisrdquo) cuando Newton teniacutea 23 antildeos desarrolloacute la ley fundamental de la fuerza de atraccioacuten entre dos masas lo que hoy se llama la Teoriacutea gravita-cional de Newton (TGN) Con esta ley se puede entender y predecir no soacutelo el movimiento de los planetas alrededor del sol sino praacutecticamente toda la dinaacutemica estelar en nuestro sistema solar
Sin dudas su obra maestra Los Principia Principios Matemaacuteticos de la Filosofiacutea Natural publicada en 1687 es la obra fundamental de la fiacutesica claacutesica Newton logroacute unificar el movimiento de los cuerpos en las cercaniacuteas de la Tierra con el movimiento de los astros Para ello basaacutendose en los trabajos de Galileo y Kepler desarrolloacute axiomaacuteticamente las leyes de movimiento y postuloacute la ley de gravitacioacuten universal Desarrolloacute ademaacutes muchas herramientas matemaacuteticas para realizar sus predicciones teoacutericas Sus contribuciones no se restringieron soacutelo a la mecaacutenica y la matemaacutetica En 1704 publicoacute su tratado de Oacuteptica
Paacuteg 2 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
La Fiacutesica de Newton tomaba como punto de partida un universo constituido por corpuacutesculos exten-sos y por espacio vaciacuteo Cada uno de ellos con la pro-piedad de actuar a distancia es decir de ejercer fuerzas directa e instantaacuteneamente sobre los demaacutes Con este esquema baacutesico Newton desarrolloacute sus conocidas teo-riacuteas sobre el movimiento y sobre la gravitacioacuten publi-cadas en 1686
La Mecaacutenica de Newton describe coacutemo las fuerzas producen movimiento
Primera Ley o Ley de la Inercia Todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectiliacute-neo con velocidad constante si no estaacute sometido a una fuerza exterior Establece que un cuerpo se mantiene en su estado de movimiento si no actuacutean fuerzas sobre el mismo
Sir Isaac Newton
Segunda Ley o Ley de la Fuerza El cambio de movimiento de un cuerpo es proporcional a la fuerza exterior inversamente proporcional a la masa del cuerpo y tiene lugar en la direccioacuten de la fuerza Establece la proporcionalidad entre la in-tensidad de la fuerza y la aceleracioacuten (segunda ley)
Tercera Ley o Ley de Accioacuten y Reaccioacuten A toda accioacuten se opone una reaccioacuten igual y de sentido contrario Establece que la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un segundo cuerpo es igual y de sentido contrario al que ejerce el segundo sobre el primero
Justamente la combinacioacuten de estas leyes con las leyes de Kepler fue lo que le permitioacute for-mular su famosa
Ley de la Gravitacioacuten Dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cua-drado de la distancia que las separa
La teoriacutea de la gravitacioacuten estudia la naturaleza de las fuerzas asociadas con los corpuacutes-culos son fuerzas atractivas y centrales actuacutean seguacuten la recta que determinan sus respectivos centros
Newton establecioacute la variacioacuten cuantitativa de esta fuerza resultaba ser directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa los centros de los cuerpos
Aplicando esta ley pudo calcular el movimiento de los planetas con gran aproximacioacuten y tambieacuten deducir correctamente las leyes descubiertas por Kepler y Galileo La teoriacutea de New-ton era sorprendentemente superior en la prediccioacuten de nuevos resultados a cualquier teoriacutea precedente en la historia del pensamiento humano
La ley del inverso del cuadrado de la distancia estaacute en perfecta consonancia con la meta-fiacutesica de Newton porque tiene interpretacioacuten geomeacutetrica y parece seguirse del caraacutecter mismo del espacio La teoriacutea newtoniana de la accioacuten a distancia no involucra al medio y supone la existencia de corpuacutesculos espacio vaciacuteo fuerzas centrales actuando a distancia e interaccioacuten instantaacutenea
Aunque dentro del esquema newtoniano la ley de gravitacioacuten resultaba absolutamente coherente hay que resaltar que para el propio Newton era ya patente la dificultad de su adapta-cioacuten a otro tipo de interaccioacuten No predeciacutea nada sobre otros muchos modos de accioacuten de un cuerpo sobre otro No explicaba por ejemplo la cohesioacuten fuerza que mantiene unidos a los cuerpos ni tampoco las fuerzas eleacutectricas magneacuteticas ni quiacutemicas Se aceptaba que este modelo sirviera de base para el estudio de otros fenoacutemenos como la electricidad
Paacuteg 3 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Las teoriacuteas anti-newtonianas Las teoriacuteas que se oponiacutean a la Fiacutesica formulada por Newton tuvieron origen en Descartes Se destaca la gran relacioacuten que habiacutea en aquella eacutepoca entre la Fiacutesica que empezaba a despuntar e interpretar con gran eacutexito los fenoacutemenos de la Naturaleza y la Filosofiacutea
La Fiacutesica de Descartes El filoacutesofo franceacutes Descartes comienza al crear todo un sistema del mundo en el que la
materia se identificaba con el espacio y no habiacutea lugar para el vaciacuteo La ley fundamental del sistema de Descartes es la conservacioacuten del movimiento Dios infundioacute al Universo cierta canti-dad de movimiento que continua inalterado Para Descartes movimiento es momento (mv) prescindiendo del caraacutecter direccional de la velocidad Puede haber transferencia de movimiento entre partiacuteculas que chocan pero nunca puede ser creado ni destruido
La causalidad fiacutesica se reduce a un principio puramente mecaacutenico todo cambio es mo-vimiento y toda alteracioacuten del movimiento se debe al contacto entre los cuerpos Para Descartes la cuestioacuten clave de la Fiacutesica que nunca se habiacutea planteado hasta entonces estribaba en las le-yes de los choques entre los cuerpos que eacutel mismo formuloacute
Las modificaciones de Leibniz4
Leibniz modificoacute el modelo de Descartes en varios aspectos fundamentales para expli-car la impenetrabilidad de los cuerpos Si los cuerpos son objetos meramente geomeacutetricos iquestpor queacute no se atraviesan como podemos imaginar que sucede con los objetos geomeacutetricos La pre-gunta no teniacutea solucioacuten dentro del sistema de Descartes Para contestarla era necesario conside-rar junto con la extensioacuten la fuerza como otra propiedad esencial de la materia La fuerza debe-riacutea ser repulsiva para resistir la penetracioacuten Leibniz arguye ademaacutes que hay que asignar fuerzas a todos los puntos de la materia y no solo a partiacuteculas de tamantildeo finito
Esta nueva concepcioacuten del espacio como un continuo de puntos materiales con fuerza asociada encontroacute fuerte oposicioacuten por parte de los partidarios de la Fiacutesica de Newton basada como ya se ha indicado en corpuacutesculos vaciacuteo y accioacuten a distancia
La siacutentesis de Kant Tanto Boscovich5 como Kant intentaron sintetizar las ideas de Newton y de Leibniz pa-
ra unir la contundente ciencia de Newton con la persuasiva metafiacutesica de Leibniz Ambos aban-donaron la idea de que el mundo estaacute lleno que es un campo de materia o de fuerzas Sin em-bargo fue a traveacutes de su influencia como Faraday llegoacute a establecer su teoriacutea de los campos de fuerzas6
El descubrimiento de Oersted En 1820 Oersted dio a conocer su descubrimiento de que la corriente eleacutectrica produce
efectos magneacuteticos observando como el paso de una corriente eleacutectrica hace desviarse a una aguja imantada
Oersted directamente influido por Kant era un pensador encuadrado dentro de la tradi-cioacuten antinewtoniana Su liacutenea de trabajo giraba en torno a la idea de la unidad de las fuerzas es decir de que todas las fuerzas son simplemente manifestaciones de las fuerzas atractivas y re-pulsivas fundamentales (igual que Kant) Siguiendo la idea de la unidad de las fuerzas a Oers-ted le pareciacutea que todas las fuerzas debiacutean de ser directamente convertibles unas en otras En un trabajo en el que analizaba la presunta identidad entre las fuerzas quiacutemicas y eleacutectricas Oersted ya habiacutea sentildealado (1813) antes de su famoso descubrimiento la importancia de comprobar la interaccioacuten entre la electricidad y el magnetismo
El modelo unificado en el que todas las fuerzas conocidas por entonces (eleacutectricas magneacuteticas de cohesioacuten gravitacionales etc) se podriacutean entender como formas distintas de las dos uacutenicas acciones posibles la repulsioacuten por contacto y la atraccioacuten a distancia parece que fue una guiacutea constante en las investigaciones de Faraday sobre la electricidad y el magnetismo
Paacuteg 4 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere Ampegravere7 fue uno de los maacutes sorprendidos por el descubrimiento de Oersted Como mu-
chos otros era de la opinioacuten de Coulomb de que soacutelo habiacutea interacciones entre la electricidad y la electricidad y entre los fenoacutemenos magneacuteticos y los fenoacutemenos magneacuteticos es decir entre fenoacutemenos de la misma naturaleza Habiacutea llegado incluso a demostrar en algunas conferencias que los fenoacutemenos eleacutectricos y magneacuteticos se debiacutean a dos fluidos diferentes que actuacutean inde-pendientemente uno del otro y ademaacutes siempre habiacutea creiacutedo fervientemente en el programa de investigacioacuten newtoniano
Ampegravere se enfrentoacute con el problema siguiente iquestpodriacutea explicarse el experimento de Oersted a partir de una teoriacutea newtoniana Ampegravere concibioacute la posibilidad de que el magnetis-mo no fuera una sustancia distinta sino simplemente un aspecto de la electricidad
Formuloacute la hipoacutetesis de que si los efectos magneacuteticos se debiacutean a corrientes eleacutectricas circulares dentro de los imanes estas corrientes podiacutean interaccionar con las de otros imanes y con las corrientes voltaicas explicando asiacute el descubrimiento de Oersted En esa eacutepoca no se conociacutea interaccioacuten alguna entre las corrientes eleacutectricas Ampegravere realizoacute experimentos para ver si dos cables por los que pasaba corriente podiacutean interaccionar y descubrioacute que las corrientes eleacutectricas pueden atraerse o repelerse
Basaacutendose en estos hechos Ampegravere comenzoacute a desarrollar una teoriacutea newtoniana de la atraccioacuten entre corrientes Supuso que las secciones infinitesimales de la corriente denomina-das elementos de corriente actuacutean como los puntos maacutesicos de Newton la atraccioacuten o repul-sioacuten se ejerce a lo largo de la liacutenea de unioacuten de dos elementos de corriente por lo tanto las fuerzas son centrales Ademaacutes la atraccioacuten o repulsioacuten son inversamente proporcionales al cua-drado de la distancia entre los elementos y estaacuten en proporcioacuten directa a la intensidad de la co-rriente en cada elemento
Sin embargo Ampegravere tuvo que tener en cuenta los aacutengulos entre los elementos de co-rrientes para poder explicar su experimento lo cual constituye de por siacute una desviacioacuten del mo-delo newtoniano8 Basaacutendose en estas ideas Ampegravere construyoacute una brillante teoriacutea matemaacutetica sobre la atraccioacuten de las corrientes teoriacutea que no fue refutada por ninguacuten experimento
El electromagnetismo de Maxwell9
En el uacuteltimo tercio del siglo XIX James Clerk Maxwell (1831-1879) afronta la matema-tizacioacuten del electromagnetismo surgido a partir de las experiencias iniciales de Oersted y Ampeacute-re continuadas por Faraday que introdujo el concepto de campo eleacutectrico y de campo magneacutetico para delimitar las zonas de influencia de las fuerzas procedentes de cargas y corrientes eleacutectri-cas para el primero y las relativas a los imanes para el segundo
Maxwell consigue relacionar en su teoriacutea electromagneacutetica las propiedades de los ima-nes los cuerpos electrizados y las corrientes eleacutectricas y predice ademaacutes la propagacioacuten de los fenoacutemenos electromagneacuteticos mediante ondas viajeras a la velocidad de la luz considerada a partir de entonces como una perturbacioacuten electromagneacutetica El agrupamiento en una teoriacutea uacutenica del comportamiento eleacutectrico magneacutetico y oacuteptico de la materia supuso el hallazgo de una nueva siacutentesis cientiacutefica tan trascendente como la siacutentesis newtoniana pilares ambas de la fiacutesica claacute-sica pero de naturalezas tan diferentes que las contradicciones entre ellas hicieron tambalear los cimientos de aquella fiacutesica dando paso a una nueva fiacutesica asentada en los principios establecidos por Planck y Einstein
La Fiacutesica de Einstein Cuando Albert Einstein nace en 1879 todaviacutea predominaba la
actividad experimental sobre la fundamentacioacuten teoacuterica Se conociacutea la equivalencia entre el calor y el trabajo mecaacutenico lo que asociaba el calor con los fenoacutemenos energeacuteticos aunque todaviacutea se mantuvieran discre-pancias sobre si el calor era una sustancia una forma de energiacutea o un proceso fiacutesico se consideraba la luz como un fenoacutemeno ondulatorio
Paacuteg 5 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
modelo triunfante frente a quienes proponiacutean que su naturaleza era corpuscular el descubri-miento de la reciprocidad entre el magnetismo y las corrientes eleacutectricas a comienzos de siglo habiacutea desembocado en la teoriacutea electromagneacutetica de Maxwell y eran muchos los experimentos realizados en torno a la produccioacuten de radiaciones en el vaciacuteo Roumlntgen descubrioacute los rayos X el mismo antildeo 1895 en que Lorentz propone su teoriacutea del electroacuten confirmada experimentalmente al final de siglo por Thomson y Wien Becquerel descubre el comportamiento radiactivo del uranio (1896)
Al margen de las ensentildeanzas acadeacutemicas que Einstein seguiacutea de manera irregular se dedicoacute al estudio de las obras de Maxwell Hertz Kirchhoff y Helmholtz que lo pusieron al diacutea de los uacuteltimos avances de la fiacutesica Tambieacuten conocioacute las publicaciones de Ernst Mach10 a quien junto a Newton Maxwell Lorentz y Planck consideroacute Einstein sus precursores
Las explicaciones de principia matemathica resolviacutean todas las observaciones sobre la gravedad en la tierra y en el espacio pero no explicaban como funcionaba ni como estaba cau-sada Por 300 antildeos esta pregunta no fue resuelta
En 1915 einstein publico su teoriacutea general de la relatividad11 Einstein estaba de acuerdo con Newton de que el espacio teniacutea dimensiones y que podiacutea estar lleno de materia Pero New-ton no considero que el espacio estaba afectado por los objetos contenidos en el Einstein teori-zo que una masa podiacutea agujerear el espacio totalmente que podiacutea deformarlo doblarlo empu-jarlo o jalarlo La gravedad era un resultado natural de la existencia de una masa en el espacio Einstein incluyo ademaacutes una cuarta dimensioacuten al espacio el tiempo
De acuerdo con Einstein la gravedad de un objeto es una curvatura en el espacio Uno puede visualizar la deformacioacuten de la gravedad paraacutendose en un trampoliacuten en donde la masa de uno causa una deformacioacuten en el material del trampoliacuten De este modo se explico las mismas relaciones newtonianas (y predichas matemaacuteticamente con mayor precisioacuten) pero desde una oacuteptica de un espacio deformado
Esto afecto a la teoriacutea de Newton Si como Newton afirmaba la gravedad era constante la informacioacuten sobre un cambio de masa suacutebito tendriacutea que ser comunicado a todo el universo instantaacuteneamente Esto no tenia sentido para Einstein En su razonamiento si el Sol desapare-ciera suacutebitamente la sentildeal para que los planetas paren de orbitar tendriacutea que tomar un tiempo y definitivamente tomariacutea mas tiempo llegar a Plutoacuten que a Marte Nada de esto seria instantaacuteneo
Einstein aplico a esta situacioacuten el concepto de la deformacioacuten del espacio Al igual que una piedra en el estanque un cambio de masa causariacutea una ondulacioacuten en el espacio que viajariacutea de su fuente en todas direcciones a la velocidad de la luz Conforme se desplaza la onda ex-prime presiona estrecha y estira al espacio Se denomina a esta perturbacioacuten una onda gravita-cional De este modo Einstein explico todo lo que la teoriacutea de Newton hacia y mejor
Einstein predijo las ondas gravita-cionales pero considero que los cientiacuteficos no lo descubririacutean Su efecto era demasiado pequentildeo Esto recieacuten se descubrioacute en 1974 como la primera evidencia de la existencia de ondas gravitacionales12
No obstante que cualquier objeto puede generar ondas gravitacionales solo los extre-madamente masivos producen deformaciones en el espacio suficientes para ser medidas Estas deformaciones se encuentran solo en el espacio cosmoloacutegico como en las orbitas de las estrellas de neutroacuten o en los choques de los agujeros negros o en las supernovas La investigacioacuten que se viene realizando sobre estas ondas gravitacionales permitiraacute una mayor comprensioacuten de la gravedad13 y continuar con la construccioacuten de la Teoriacutea de la ciencia
La teoriacutea gravitacional de Newton Hasta comienzos del siglo XX la Teoriacutea gravitacional de Newton permanecioacute inaltera-
da y sin desafiacuteo alguno No es sino hasta comienzos de este siglo que la evidencia experimental de ciertos fenoacutemenos fiacutesicos entran en conflicto con las teoriacuteas de Newton Ello condujo a una grave crisis en la Fiacutesica Afortunadamente Bohr y Einstein originaron nuevos conceptos y pa-
Paacuteg 6 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
radigmas con los que se desarrollaron las teoriacuteas que compiten con la Fiacutesica de Newton (teoriacuteas no-newtonianas) Estas teoriacuteas llamadas Mecaacutenica cuaacutentica y la Teoriacutea de la relatividad gene-ral (TRG) permitieron resolver la crisis en la que la Fiacutesica estaba sumida
Validez de la Teoriacutea gravitacional de Newton aplicada a diferentes escalas de distancias
En la escala maacutes pequentildea Escala Atoacutemica se considera distancias dentro del aacutetomo La siguiente escala intermedia o Escala Solar tiene como liacutemite los confines de nuestro sistema solar Inmediatamente despueacutes se considera una escala auacuten maacutes grande la Escala Galaacutectica porque considera las distancias de maacutes allaacute de nuestro sistema solar hasta los liacutemites mismos de nuestra galaxia (Viacutea Laacutectea) Finalmente se tiene otra escala mucho mayor auacuten que se denomi-na Escala Cosmoloacutegica cuyas distancias son del orden de magnitud igual al de ldquoclustersrdquo de galaxias (conjuntos de maacutes de cincuenta galaxias)14
La TGN a Escala Atoacutemica Como es bastante conocido desde comienzos de este siglo la Teoriacutea gravitacional de
Newton (TGN) falla en los caacutelculos realizados a escala atoacutemica y debe ser reemplazada por la Mecaacutenica cuaacutentica15 Sobre este tema existe abundante literatura por lo que referimos al lector interesado a consultar por ejemplo las referencias 1 y 2 incluidas al final de este artiacuteculo
La TGN a Escala Solar En esta escala la Teoriacutea gravitacional de Newton (TGN) tiene su mayor eacutexito especial-
mente en su aplicacioacuten a la Astronomiacutea y en la prediccioacuten del paso de cometas eclipses movi-miento de planetas etc
Sin embargo en la segunda deacutecada de este siglo Einstein desarrolloacute una nueva teoriacutea gravitacional --la TRG-- que corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en la escala solar
Correcciones que la Teoriacutea de la relatividad general (TRG) hace a la Teoriacutea gravita-cional de Newton en la escala solar (TGN)
a) El corrimiento del perihelio del planeta Mercurio
Seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton los planetas orbitan alrededor del sol siguien-do una trayectoria eliacuteptica cerrada El planeta al dar una vuelta completa alrededor del sol pasa seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton por el mismo punto Si este punto es la distancia maacutes cercana al sol se llama el perihelio Los astroacutenomos de fines del siglo XIX habiacutean detectado y medido un corrimiento del perihelio de Mercurio Este corrimiento del perihelio de Mercurio fue asociado con las perturbaciones de los otros planetas sobre la oacuterbita de Mercurio
Se ha encontrado que el caacutelculo de este corrimiento en la TGN difiere del que ha encon-trado Einstein aplicando la TRG A la fecha no se ha encontrado sustento a la prediccioacuten de la TGN de que un objeto masivo no esfeacuterico produciraacute un corrimiento del perihelio Sin embargo ni los nuevos experimentos ni la tecnologiacutea de los antildeos ochenta encontroacute desviaciones significa-tivas en la esfericidad del Sol
b) La desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo
Este fenoacutemeno no tiene una explicacioacuten dentro de la Teoriacutea gravitacional de Newton Sin embargo la TRG permite predecir y calcular la desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo Einstein utilizando la TRG fue el primero en calcular la desviacioacuten de la luz proveniente de las estrellas lejanas al pasar cerca de nuestro sol Este valor fue confirmado por el astroacutenomo ingleacutes Eddington
A partir de esa fecha se han repetido las observaciones y se ha verificado que las obser-vaciones de la deflexioacuten de la luz son consistentes con la TRG Hoy en diacutea se estudia la de-flexioacuten de la luz al pasar por galaxias para estimar la masa de las galaxias y tambieacuten para detec-tar la posible presencia de objetos masivos con poca o ninguna luminosidad
Paacuteg 7 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
c) El retardamiento del tiempo
En la TRG los conceptos de espacio y tiempo estaacuten entremezclados mientras que en la Teoriacutea gravitacional de Newton son dos conceptos totalmente independientes Esto hace que en la TRG se hable de espacio-tiempo como una sola entidad En la TRG una masa produce una curvatura del espacio-tiempo alrededor de ella y es por esto que una onda electromagneacutetica pasando cerca de la masa y viajando entre los puntos A y B se demora maacutes que en el caso que la curvatura no existiera (en la Teoriacutea gravitacional de Newton el espacio alrededor de una ma-sa es plano no tiene curvatura) o fuera muy pequentildea como entre los puntos B y C Esto hace que se produzca entonces un retardamiento en el tiempo Este fenoacutemeno de la relatividad que no tiene analogiacutea en la Teoriacutea gravitacional de Newton fue predicho y calculado en la deacutecada de los sesenta16 La comprobacioacuten experimental de este efecto de la relatividad fue realizada por las naves Mariner que viajaron a Marte en el 1969
La TGN en las escalas galaacutectica y cosmoloacutegica17
En estas escalas y aun con la tecnologiacutea disponible todaviacutea los experimentos y las ob-servaciones son difiacuteciles de hacer y de interpretar Sin embargo a distancias galaacutecticas existen dos problemas que la Teoriacutea gravitacional de Newton no ha podido resolver hasta el diacutea de hoy en forma satisfactoria y que podriacutean estar indicando una falla en la fiacutesica newtoniana Estos problemas son
a) La masa oscura18
La Teoriacutea gravitacional de Newton permite calcular la velocidad (VN) que podriacutea tener una estrella digamos en una oacuterbita circular dentro de una galaxia Por otro lado se puede cal-cular en forma experimental la velocidad (VE) de esa misma estrella Los resultados experimen-tales y aqueacutellos encontrados usando la Teoriacutea gravitacional de Newton no coinciden De hecho VE gt VN (la velocidad experimental es mayor que la velocidad calculada)
Teacutecnicamente la graacutefica de la velocidad vs la distancia al centro de la galaxia se llama curva de rotacioacuten Para que los resultados teoacutericos y experimentales de las curvas de rotacioacuten coincidan (sin abandonar la Teoriacutea gravitacional de Newton) deberaacute haber maacutes masa dentro de la oacuterbita de la estrella de la que la se ve Es por esto que se postula la existencia de una masa no luminosa a la cual se le ha llamado masa oscura
b) La inestabilidad de los modelos de galaxias en la Teoriacutea gravitacional de New-ton19
En el estudio de galaxias los modelos que se desarrollan con la Fiacutesica de Newton re-quieren asumir otra vez la existencia de masa oscura alrededor de las galaxias para que los mo-delos newtonianos sean estables
Sin salirse del marco de referencia de la Teoriacutea gravitacional de Newton los dos pro-blemas antes mencionados no pueden resolverse sin apelar a la llamada masa oscura Sin em-bargo a pesar de la buacutesqueda intensa realizada con observaciones desde la tierra y desde sateacuteli-tes no se ha podido encontrar todaviacutea masa oscura en las cantidades requeridas por la Teoriacutea gravitacional de Newton para reproducir teoacutericamente las curvas de rotacioacuten experimentales y la estabilidad en los modelos de galaxias Tampoco se sabe con certeza cuaacutel es la naturaleza o queacute compone la masa oscura
La Teoriacutea Gravitacional de Weyl 20 En 1989 dos cientiacuteficos de la NASA D Kazanas y Manheinn21 desarrollaron una nue-
va teoriacutea gravitacional apelando a un principio fiacutesico llamado ldquoinvariancia localrdquo y demostraron que las nuevas soluciones exactas encontradas por ellos con esta nueva teoriacutea gravitacional se reducen en nuestro sistema solar a las conocidas de Newton-Einstein pero difieren de ellas a distancias galaacutecticas y cosmoloacutegicas
Paacuteg 8 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
La Fiacutesica de Newton tomaba como punto de partida un universo constituido por corpuacutesculos exten-sos y por espacio vaciacuteo Cada uno de ellos con la pro-piedad de actuar a distancia es decir de ejercer fuerzas directa e instantaacuteneamente sobre los demaacutes Con este esquema baacutesico Newton desarrolloacute sus conocidas teo-riacuteas sobre el movimiento y sobre la gravitacioacuten publi-cadas en 1686
La Mecaacutenica de Newton describe coacutemo las fuerzas producen movimiento
Primera Ley o Ley de la Inercia Todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectiliacute-neo con velocidad constante si no estaacute sometido a una fuerza exterior Establece que un cuerpo se mantiene en su estado de movimiento si no actuacutean fuerzas sobre el mismo
Sir Isaac Newton
Segunda Ley o Ley de la Fuerza El cambio de movimiento de un cuerpo es proporcional a la fuerza exterior inversamente proporcional a la masa del cuerpo y tiene lugar en la direccioacuten de la fuerza Establece la proporcionalidad entre la in-tensidad de la fuerza y la aceleracioacuten (segunda ley)
Tercera Ley o Ley de Accioacuten y Reaccioacuten A toda accioacuten se opone una reaccioacuten igual y de sentido contrario Establece que la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un segundo cuerpo es igual y de sentido contrario al que ejerce el segundo sobre el primero
Justamente la combinacioacuten de estas leyes con las leyes de Kepler fue lo que le permitioacute for-mular su famosa
Ley de la Gravitacioacuten Dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cua-drado de la distancia que las separa
La teoriacutea de la gravitacioacuten estudia la naturaleza de las fuerzas asociadas con los corpuacutes-culos son fuerzas atractivas y centrales actuacutean seguacuten la recta que determinan sus respectivos centros
Newton establecioacute la variacioacuten cuantitativa de esta fuerza resultaba ser directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa los centros de los cuerpos
Aplicando esta ley pudo calcular el movimiento de los planetas con gran aproximacioacuten y tambieacuten deducir correctamente las leyes descubiertas por Kepler y Galileo La teoriacutea de New-ton era sorprendentemente superior en la prediccioacuten de nuevos resultados a cualquier teoriacutea precedente en la historia del pensamiento humano
La ley del inverso del cuadrado de la distancia estaacute en perfecta consonancia con la meta-fiacutesica de Newton porque tiene interpretacioacuten geomeacutetrica y parece seguirse del caraacutecter mismo del espacio La teoriacutea newtoniana de la accioacuten a distancia no involucra al medio y supone la existencia de corpuacutesculos espacio vaciacuteo fuerzas centrales actuando a distancia e interaccioacuten instantaacutenea
Aunque dentro del esquema newtoniano la ley de gravitacioacuten resultaba absolutamente coherente hay que resaltar que para el propio Newton era ya patente la dificultad de su adapta-cioacuten a otro tipo de interaccioacuten No predeciacutea nada sobre otros muchos modos de accioacuten de un cuerpo sobre otro No explicaba por ejemplo la cohesioacuten fuerza que mantiene unidos a los cuerpos ni tampoco las fuerzas eleacutectricas magneacuteticas ni quiacutemicas Se aceptaba que este modelo sirviera de base para el estudio de otros fenoacutemenos como la electricidad
Paacuteg 3 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Las teoriacuteas anti-newtonianas Las teoriacuteas que se oponiacutean a la Fiacutesica formulada por Newton tuvieron origen en Descartes Se destaca la gran relacioacuten que habiacutea en aquella eacutepoca entre la Fiacutesica que empezaba a despuntar e interpretar con gran eacutexito los fenoacutemenos de la Naturaleza y la Filosofiacutea
La Fiacutesica de Descartes El filoacutesofo franceacutes Descartes comienza al crear todo un sistema del mundo en el que la
materia se identificaba con el espacio y no habiacutea lugar para el vaciacuteo La ley fundamental del sistema de Descartes es la conservacioacuten del movimiento Dios infundioacute al Universo cierta canti-dad de movimiento que continua inalterado Para Descartes movimiento es momento (mv) prescindiendo del caraacutecter direccional de la velocidad Puede haber transferencia de movimiento entre partiacuteculas que chocan pero nunca puede ser creado ni destruido
La causalidad fiacutesica se reduce a un principio puramente mecaacutenico todo cambio es mo-vimiento y toda alteracioacuten del movimiento se debe al contacto entre los cuerpos Para Descartes la cuestioacuten clave de la Fiacutesica que nunca se habiacutea planteado hasta entonces estribaba en las le-yes de los choques entre los cuerpos que eacutel mismo formuloacute
Las modificaciones de Leibniz4
Leibniz modificoacute el modelo de Descartes en varios aspectos fundamentales para expli-car la impenetrabilidad de los cuerpos Si los cuerpos son objetos meramente geomeacutetricos iquestpor queacute no se atraviesan como podemos imaginar que sucede con los objetos geomeacutetricos La pre-gunta no teniacutea solucioacuten dentro del sistema de Descartes Para contestarla era necesario conside-rar junto con la extensioacuten la fuerza como otra propiedad esencial de la materia La fuerza debe-riacutea ser repulsiva para resistir la penetracioacuten Leibniz arguye ademaacutes que hay que asignar fuerzas a todos los puntos de la materia y no solo a partiacuteculas de tamantildeo finito
Esta nueva concepcioacuten del espacio como un continuo de puntos materiales con fuerza asociada encontroacute fuerte oposicioacuten por parte de los partidarios de la Fiacutesica de Newton basada como ya se ha indicado en corpuacutesculos vaciacuteo y accioacuten a distancia
La siacutentesis de Kant Tanto Boscovich5 como Kant intentaron sintetizar las ideas de Newton y de Leibniz pa-
ra unir la contundente ciencia de Newton con la persuasiva metafiacutesica de Leibniz Ambos aban-donaron la idea de que el mundo estaacute lleno que es un campo de materia o de fuerzas Sin em-bargo fue a traveacutes de su influencia como Faraday llegoacute a establecer su teoriacutea de los campos de fuerzas6
El descubrimiento de Oersted En 1820 Oersted dio a conocer su descubrimiento de que la corriente eleacutectrica produce
efectos magneacuteticos observando como el paso de una corriente eleacutectrica hace desviarse a una aguja imantada
Oersted directamente influido por Kant era un pensador encuadrado dentro de la tradi-cioacuten antinewtoniana Su liacutenea de trabajo giraba en torno a la idea de la unidad de las fuerzas es decir de que todas las fuerzas son simplemente manifestaciones de las fuerzas atractivas y re-pulsivas fundamentales (igual que Kant) Siguiendo la idea de la unidad de las fuerzas a Oers-ted le pareciacutea que todas las fuerzas debiacutean de ser directamente convertibles unas en otras En un trabajo en el que analizaba la presunta identidad entre las fuerzas quiacutemicas y eleacutectricas Oersted ya habiacutea sentildealado (1813) antes de su famoso descubrimiento la importancia de comprobar la interaccioacuten entre la electricidad y el magnetismo
El modelo unificado en el que todas las fuerzas conocidas por entonces (eleacutectricas magneacuteticas de cohesioacuten gravitacionales etc) se podriacutean entender como formas distintas de las dos uacutenicas acciones posibles la repulsioacuten por contacto y la atraccioacuten a distancia parece que fue una guiacutea constante en las investigaciones de Faraday sobre la electricidad y el magnetismo
Paacuteg 4 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere Ampegravere7 fue uno de los maacutes sorprendidos por el descubrimiento de Oersted Como mu-
chos otros era de la opinioacuten de Coulomb de que soacutelo habiacutea interacciones entre la electricidad y la electricidad y entre los fenoacutemenos magneacuteticos y los fenoacutemenos magneacuteticos es decir entre fenoacutemenos de la misma naturaleza Habiacutea llegado incluso a demostrar en algunas conferencias que los fenoacutemenos eleacutectricos y magneacuteticos se debiacutean a dos fluidos diferentes que actuacutean inde-pendientemente uno del otro y ademaacutes siempre habiacutea creiacutedo fervientemente en el programa de investigacioacuten newtoniano
Ampegravere se enfrentoacute con el problema siguiente iquestpodriacutea explicarse el experimento de Oersted a partir de una teoriacutea newtoniana Ampegravere concibioacute la posibilidad de que el magnetis-mo no fuera una sustancia distinta sino simplemente un aspecto de la electricidad
Formuloacute la hipoacutetesis de que si los efectos magneacuteticos se debiacutean a corrientes eleacutectricas circulares dentro de los imanes estas corrientes podiacutean interaccionar con las de otros imanes y con las corrientes voltaicas explicando asiacute el descubrimiento de Oersted En esa eacutepoca no se conociacutea interaccioacuten alguna entre las corrientes eleacutectricas Ampegravere realizoacute experimentos para ver si dos cables por los que pasaba corriente podiacutean interaccionar y descubrioacute que las corrientes eleacutectricas pueden atraerse o repelerse
Basaacutendose en estos hechos Ampegravere comenzoacute a desarrollar una teoriacutea newtoniana de la atraccioacuten entre corrientes Supuso que las secciones infinitesimales de la corriente denomina-das elementos de corriente actuacutean como los puntos maacutesicos de Newton la atraccioacuten o repul-sioacuten se ejerce a lo largo de la liacutenea de unioacuten de dos elementos de corriente por lo tanto las fuerzas son centrales Ademaacutes la atraccioacuten o repulsioacuten son inversamente proporcionales al cua-drado de la distancia entre los elementos y estaacuten en proporcioacuten directa a la intensidad de la co-rriente en cada elemento
Sin embargo Ampegravere tuvo que tener en cuenta los aacutengulos entre los elementos de co-rrientes para poder explicar su experimento lo cual constituye de por siacute una desviacioacuten del mo-delo newtoniano8 Basaacutendose en estas ideas Ampegravere construyoacute una brillante teoriacutea matemaacutetica sobre la atraccioacuten de las corrientes teoriacutea que no fue refutada por ninguacuten experimento
El electromagnetismo de Maxwell9
En el uacuteltimo tercio del siglo XIX James Clerk Maxwell (1831-1879) afronta la matema-tizacioacuten del electromagnetismo surgido a partir de las experiencias iniciales de Oersted y Ampeacute-re continuadas por Faraday que introdujo el concepto de campo eleacutectrico y de campo magneacutetico para delimitar las zonas de influencia de las fuerzas procedentes de cargas y corrientes eleacutectri-cas para el primero y las relativas a los imanes para el segundo
Maxwell consigue relacionar en su teoriacutea electromagneacutetica las propiedades de los ima-nes los cuerpos electrizados y las corrientes eleacutectricas y predice ademaacutes la propagacioacuten de los fenoacutemenos electromagneacuteticos mediante ondas viajeras a la velocidad de la luz considerada a partir de entonces como una perturbacioacuten electromagneacutetica El agrupamiento en una teoriacutea uacutenica del comportamiento eleacutectrico magneacutetico y oacuteptico de la materia supuso el hallazgo de una nueva siacutentesis cientiacutefica tan trascendente como la siacutentesis newtoniana pilares ambas de la fiacutesica claacute-sica pero de naturalezas tan diferentes que las contradicciones entre ellas hicieron tambalear los cimientos de aquella fiacutesica dando paso a una nueva fiacutesica asentada en los principios establecidos por Planck y Einstein
La Fiacutesica de Einstein Cuando Albert Einstein nace en 1879 todaviacutea predominaba la
actividad experimental sobre la fundamentacioacuten teoacuterica Se conociacutea la equivalencia entre el calor y el trabajo mecaacutenico lo que asociaba el calor con los fenoacutemenos energeacuteticos aunque todaviacutea se mantuvieran discre-pancias sobre si el calor era una sustancia una forma de energiacutea o un proceso fiacutesico se consideraba la luz como un fenoacutemeno ondulatorio
Paacuteg 5 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
modelo triunfante frente a quienes proponiacutean que su naturaleza era corpuscular el descubri-miento de la reciprocidad entre el magnetismo y las corrientes eleacutectricas a comienzos de siglo habiacutea desembocado en la teoriacutea electromagneacutetica de Maxwell y eran muchos los experimentos realizados en torno a la produccioacuten de radiaciones en el vaciacuteo Roumlntgen descubrioacute los rayos X el mismo antildeo 1895 en que Lorentz propone su teoriacutea del electroacuten confirmada experimentalmente al final de siglo por Thomson y Wien Becquerel descubre el comportamiento radiactivo del uranio (1896)
Al margen de las ensentildeanzas acadeacutemicas que Einstein seguiacutea de manera irregular se dedicoacute al estudio de las obras de Maxwell Hertz Kirchhoff y Helmholtz que lo pusieron al diacutea de los uacuteltimos avances de la fiacutesica Tambieacuten conocioacute las publicaciones de Ernst Mach10 a quien junto a Newton Maxwell Lorentz y Planck consideroacute Einstein sus precursores
Las explicaciones de principia matemathica resolviacutean todas las observaciones sobre la gravedad en la tierra y en el espacio pero no explicaban como funcionaba ni como estaba cau-sada Por 300 antildeos esta pregunta no fue resuelta
En 1915 einstein publico su teoriacutea general de la relatividad11 Einstein estaba de acuerdo con Newton de que el espacio teniacutea dimensiones y que podiacutea estar lleno de materia Pero New-ton no considero que el espacio estaba afectado por los objetos contenidos en el Einstein teori-zo que una masa podiacutea agujerear el espacio totalmente que podiacutea deformarlo doblarlo empu-jarlo o jalarlo La gravedad era un resultado natural de la existencia de una masa en el espacio Einstein incluyo ademaacutes una cuarta dimensioacuten al espacio el tiempo
De acuerdo con Einstein la gravedad de un objeto es una curvatura en el espacio Uno puede visualizar la deformacioacuten de la gravedad paraacutendose en un trampoliacuten en donde la masa de uno causa una deformacioacuten en el material del trampoliacuten De este modo se explico las mismas relaciones newtonianas (y predichas matemaacuteticamente con mayor precisioacuten) pero desde una oacuteptica de un espacio deformado
Esto afecto a la teoriacutea de Newton Si como Newton afirmaba la gravedad era constante la informacioacuten sobre un cambio de masa suacutebito tendriacutea que ser comunicado a todo el universo instantaacuteneamente Esto no tenia sentido para Einstein En su razonamiento si el Sol desapare-ciera suacutebitamente la sentildeal para que los planetas paren de orbitar tendriacutea que tomar un tiempo y definitivamente tomariacutea mas tiempo llegar a Plutoacuten que a Marte Nada de esto seria instantaacuteneo
Einstein aplico a esta situacioacuten el concepto de la deformacioacuten del espacio Al igual que una piedra en el estanque un cambio de masa causariacutea una ondulacioacuten en el espacio que viajariacutea de su fuente en todas direcciones a la velocidad de la luz Conforme se desplaza la onda ex-prime presiona estrecha y estira al espacio Se denomina a esta perturbacioacuten una onda gravita-cional De este modo Einstein explico todo lo que la teoriacutea de Newton hacia y mejor
Einstein predijo las ondas gravita-cionales pero considero que los cientiacuteficos no lo descubririacutean Su efecto era demasiado pequentildeo Esto recieacuten se descubrioacute en 1974 como la primera evidencia de la existencia de ondas gravitacionales12
No obstante que cualquier objeto puede generar ondas gravitacionales solo los extre-madamente masivos producen deformaciones en el espacio suficientes para ser medidas Estas deformaciones se encuentran solo en el espacio cosmoloacutegico como en las orbitas de las estrellas de neutroacuten o en los choques de los agujeros negros o en las supernovas La investigacioacuten que se viene realizando sobre estas ondas gravitacionales permitiraacute una mayor comprensioacuten de la gravedad13 y continuar con la construccioacuten de la Teoriacutea de la ciencia
La teoriacutea gravitacional de Newton Hasta comienzos del siglo XX la Teoriacutea gravitacional de Newton permanecioacute inaltera-
da y sin desafiacuteo alguno No es sino hasta comienzos de este siglo que la evidencia experimental de ciertos fenoacutemenos fiacutesicos entran en conflicto con las teoriacuteas de Newton Ello condujo a una grave crisis en la Fiacutesica Afortunadamente Bohr y Einstein originaron nuevos conceptos y pa-
Paacuteg 6 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
radigmas con los que se desarrollaron las teoriacuteas que compiten con la Fiacutesica de Newton (teoriacuteas no-newtonianas) Estas teoriacuteas llamadas Mecaacutenica cuaacutentica y la Teoriacutea de la relatividad gene-ral (TRG) permitieron resolver la crisis en la que la Fiacutesica estaba sumida
Validez de la Teoriacutea gravitacional de Newton aplicada a diferentes escalas de distancias
En la escala maacutes pequentildea Escala Atoacutemica se considera distancias dentro del aacutetomo La siguiente escala intermedia o Escala Solar tiene como liacutemite los confines de nuestro sistema solar Inmediatamente despueacutes se considera una escala auacuten maacutes grande la Escala Galaacutectica porque considera las distancias de maacutes allaacute de nuestro sistema solar hasta los liacutemites mismos de nuestra galaxia (Viacutea Laacutectea) Finalmente se tiene otra escala mucho mayor auacuten que se denomi-na Escala Cosmoloacutegica cuyas distancias son del orden de magnitud igual al de ldquoclustersrdquo de galaxias (conjuntos de maacutes de cincuenta galaxias)14
La TGN a Escala Atoacutemica Como es bastante conocido desde comienzos de este siglo la Teoriacutea gravitacional de
Newton (TGN) falla en los caacutelculos realizados a escala atoacutemica y debe ser reemplazada por la Mecaacutenica cuaacutentica15 Sobre este tema existe abundante literatura por lo que referimos al lector interesado a consultar por ejemplo las referencias 1 y 2 incluidas al final de este artiacuteculo
La TGN a Escala Solar En esta escala la Teoriacutea gravitacional de Newton (TGN) tiene su mayor eacutexito especial-
mente en su aplicacioacuten a la Astronomiacutea y en la prediccioacuten del paso de cometas eclipses movi-miento de planetas etc
Sin embargo en la segunda deacutecada de este siglo Einstein desarrolloacute una nueva teoriacutea gravitacional --la TRG-- que corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en la escala solar
Correcciones que la Teoriacutea de la relatividad general (TRG) hace a la Teoriacutea gravita-cional de Newton en la escala solar (TGN)
a) El corrimiento del perihelio del planeta Mercurio
Seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton los planetas orbitan alrededor del sol siguien-do una trayectoria eliacuteptica cerrada El planeta al dar una vuelta completa alrededor del sol pasa seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton por el mismo punto Si este punto es la distancia maacutes cercana al sol se llama el perihelio Los astroacutenomos de fines del siglo XIX habiacutean detectado y medido un corrimiento del perihelio de Mercurio Este corrimiento del perihelio de Mercurio fue asociado con las perturbaciones de los otros planetas sobre la oacuterbita de Mercurio
Se ha encontrado que el caacutelculo de este corrimiento en la TGN difiere del que ha encon-trado Einstein aplicando la TRG A la fecha no se ha encontrado sustento a la prediccioacuten de la TGN de que un objeto masivo no esfeacuterico produciraacute un corrimiento del perihelio Sin embargo ni los nuevos experimentos ni la tecnologiacutea de los antildeos ochenta encontroacute desviaciones significa-tivas en la esfericidad del Sol
b) La desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo
Este fenoacutemeno no tiene una explicacioacuten dentro de la Teoriacutea gravitacional de Newton Sin embargo la TRG permite predecir y calcular la desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo Einstein utilizando la TRG fue el primero en calcular la desviacioacuten de la luz proveniente de las estrellas lejanas al pasar cerca de nuestro sol Este valor fue confirmado por el astroacutenomo ingleacutes Eddington
A partir de esa fecha se han repetido las observaciones y se ha verificado que las obser-vaciones de la deflexioacuten de la luz son consistentes con la TRG Hoy en diacutea se estudia la de-flexioacuten de la luz al pasar por galaxias para estimar la masa de las galaxias y tambieacuten para detec-tar la posible presencia de objetos masivos con poca o ninguna luminosidad
Paacuteg 7 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
c) El retardamiento del tiempo
En la TRG los conceptos de espacio y tiempo estaacuten entremezclados mientras que en la Teoriacutea gravitacional de Newton son dos conceptos totalmente independientes Esto hace que en la TRG se hable de espacio-tiempo como una sola entidad En la TRG una masa produce una curvatura del espacio-tiempo alrededor de ella y es por esto que una onda electromagneacutetica pasando cerca de la masa y viajando entre los puntos A y B se demora maacutes que en el caso que la curvatura no existiera (en la Teoriacutea gravitacional de Newton el espacio alrededor de una ma-sa es plano no tiene curvatura) o fuera muy pequentildea como entre los puntos B y C Esto hace que se produzca entonces un retardamiento en el tiempo Este fenoacutemeno de la relatividad que no tiene analogiacutea en la Teoriacutea gravitacional de Newton fue predicho y calculado en la deacutecada de los sesenta16 La comprobacioacuten experimental de este efecto de la relatividad fue realizada por las naves Mariner que viajaron a Marte en el 1969
La TGN en las escalas galaacutectica y cosmoloacutegica17
En estas escalas y aun con la tecnologiacutea disponible todaviacutea los experimentos y las ob-servaciones son difiacuteciles de hacer y de interpretar Sin embargo a distancias galaacutecticas existen dos problemas que la Teoriacutea gravitacional de Newton no ha podido resolver hasta el diacutea de hoy en forma satisfactoria y que podriacutean estar indicando una falla en la fiacutesica newtoniana Estos problemas son
a) La masa oscura18
La Teoriacutea gravitacional de Newton permite calcular la velocidad (VN) que podriacutea tener una estrella digamos en una oacuterbita circular dentro de una galaxia Por otro lado se puede cal-cular en forma experimental la velocidad (VE) de esa misma estrella Los resultados experimen-tales y aqueacutellos encontrados usando la Teoriacutea gravitacional de Newton no coinciden De hecho VE gt VN (la velocidad experimental es mayor que la velocidad calculada)
Teacutecnicamente la graacutefica de la velocidad vs la distancia al centro de la galaxia se llama curva de rotacioacuten Para que los resultados teoacutericos y experimentales de las curvas de rotacioacuten coincidan (sin abandonar la Teoriacutea gravitacional de Newton) deberaacute haber maacutes masa dentro de la oacuterbita de la estrella de la que la se ve Es por esto que se postula la existencia de una masa no luminosa a la cual se le ha llamado masa oscura
b) La inestabilidad de los modelos de galaxias en la Teoriacutea gravitacional de New-ton19
En el estudio de galaxias los modelos que se desarrollan con la Fiacutesica de Newton re-quieren asumir otra vez la existencia de masa oscura alrededor de las galaxias para que los mo-delos newtonianos sean estables
Sin salirse del marco de referencia de la Teoriacutea gravitacional de Newton los dos pro-blemas antes mencionados no pueden resolverse sin apelar a la llamada masa oscura Sin em-bargo a pesar de la buacutesqueda intensa realizada con observaciones desde la tierra y desde sateacuteli-tes no se ha podido encontrar todaviacutea masa oscura en las cantidades requeridas por la Teoriacutea gravitacional de Newton para reproducir teoacutericamente las curvas de rotacioacuten experimentales y la estabilidad en los modelos de galaxias Tampoco se sabe con certeza cuaacutel es la naturaleza o queacute compone la masa oscura
La Teoriacutea Gravitacional de Weyl 20 En 1989 dos cientiacuteficos de la NASA D Kazanas y Manheinn21 desarrollaron una nue-
va teoriacutea gravitacional apelando a un principio fiacutesico llamado ldquoinvariancia localrdquo y demostraron que las nuevas soluciones exactas encontradas por ellos con esta nueva teoriacutea gravitacional se reducen en nuestro sistema solar a las conocidas de Newton-Einstein pero difieren de ellas a distancias galaacutecticas y cosmoloacutegicas
Paacuteg 8 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Las teoriacuteas anti-newtonianas Las teoriacuteas que se oponiacutean a la Fiacutesica formulada por Newton tuvieron origen en Descartes Se destaca la gran relacioacuten que habiacutea en aquella eacutepoca entre la Fiacutesica que empezaba a despuntar e interpretar con gran eacutexito los fenoacutemenos de la Naturaleza y la Filosofiacutea
La Fiacutesica de Descartes El filoacutesofo franceacutes Descartes comienza al crear todo un sistema del mundo en el que la
materia se identificaba con el espacio y no habiacutea lugar para el vaciacuteo La ley fundamental del sistema de Descartes es la conservacioacuten del movimiento Dios infundioacute al Universo cierta canti-dad de movimiento que continua inalterado Para Descartes movimiento es momento (mv) prescindiendo del caraacutecter direccional de la velocidad Puede haber transferencia de movimiento entre partiacuteculas que chocan pero nunca puede ser creado ni destruido
La causalidad fiacutesica se reduce a un principio puramente mecaacutenico todo cambio es mo-vimiento y toda alteracioacuten del movimiento se debe al contacto entre los cuerpos Para Descartes la cuestioacuten clave de la Fiacutesica que nunca se habiacutea planteado hasta entonces estribaba en las le-yes de los choques entre los cuerpos que eacutel mismo formuloacute
Las modificaciones de Leibniz4
Leibniz modificoacute el modelo de Descartes en varios aspectos fundamentales para expli-car la impenetrabilidad de los cuerpos Si los cuerpos son objetos meramente geomeacutetricos iquestpor queacute no se atraviesan como podemos imaginar que sucede con los objetos geomeacutetricos La pre-gunta no teniacutea solucioacuten dentro del sistema de Descartes Para contestarla era necesario conside-rar junto con la extensioacuten la fuerza como otra propiedad esencial de la materia La fuerza debe-riacutea ser repulsiva para resistir la penetracioacuten Leibniz arguye ademaacutes que hay que asignar fuerzas a todos los puntos de la materia y no solo a partiacuteculas de tamantildeo finito
Esta nueva concepcioacuten del espacio como un continuo de puntos materiales con fuerza asociada encontroacute fuerte oposicioacuten por parte de los partidarios de la Fiacutesica de Newton basada como ya se ha indicado en corpuacutesculos vaciacuteo y accioacuten a distancia
La siacutentesis de Kant Tanto Boscovich5 como Kant intentaron sintetizar las ideas de Newton y de Leibniz pa-
ra unir la contundente ciencia de Newton con la persuasiva metafiacutesica de Leibniz Ambos aban-donaron la idea de que el mundo estaacute lleno que es un campo de materia o de fuerzas Sin em-bargo fue a traveacutes de su influencia como Faraday llegoacute a establecer su teoriacutea de los campos de fuerzas6
El descubrimiento de Oersted En 1820 Oersted dio a conocer su descubrimiento de que la corriente eleacutectrica produce
efectos magneacuteticos observando como el paso de una corriente eleacutectrica hace desviarse a una aguja imantada
Oersted directamente influido por Kant era un pensador encuadrado dentro de la tradi-cioacuten antinewtoniana Su liacutenea de trabajo giraba en torno a la idea de la unidad de las fuerzas es decir de que todas las fuerzas son simplemente manifestaciones de las fuerzas atractivas y re-pulsivas fundamentales (igual que Kant) Siguiendo la idea de la unidad de las fuerzas a Oers-ted le pareciacutea que todas las fuerzas debiacutean de ser directamente convertibles unas en otras En un trabajo en el que analizaba la presunta identidad entre las fuerzas quiacutemicas y eleacutectricas Oersted ya habiacutea sentildealado (1813) antes de su famoso descubrimiento la importancia de comprobar la interaccioacuten entre la electricidad y el magnetismo
El modelo unificado en el que todas las fuerzas conocidas por entonces (eleacutectricas magneacuteticas de cohesioacuten gravitacionales etc) se podriacutean entender como formas distintas de las dos uacutenicas acciones posibles la repulsioacuten por contacto y la atraccioacuten a distancia parece que fue una guiacutea constante en las investigaciones de Faraday sobre la electricidad y el magnetismo
Paacuteg 4 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere Ampegravere7 fue uno de los maacutes sorprendidos por el descubrimiento de Oersted Como mu-
chos otros era de la opinioacuten de Coulomb de que soacutelo habiacutea interacciones entre la electricidad y la electricidad y entre los fenoacutemenos magneacuteticos y los fenoacutemenos magneacuteticos es decir entre fenoacutemenos de la misma naturaleza Habiacutea llegado incluso a demostrar en algunas conferencias que los fenoacutemenos eleacutectricos y magneacuteticos se debiacutean a dos fluidos diferentes que actuacutean inde-pendientemente uno del otro y ademaacutes siempre habiacutea creiacutedo fervientemente en el programa de investigacioacuten newtoniano
Ampegravere se enfrentoacute con el problema siguiente iquestpodriacutea explicarse el experimento de Oersted a partir de una teoriacutea newtoniana Ampegravere concibioacute la posibilidad de que el magnetis-mo no fuera una sustancia distinta sino simplemente un aspecto de la electricidad
Formuloacute la hipoacutetesis de que si los efectos magneacuteticos se debiacutean a corrientes eleacutectricas circulares dentro de los imanes estas corrientes podiacutean interaccionar con las de otros imanes y con las corrientes voltaicas explicando asiacute el descubrimiento de Oersted En esa eacutepoca no se conociacutea interaccioacuten alguna entre las corrientes eleacutectricas Ampegravere realizoacute experimentos para ver si dos cables por los que pasaba corriente podiacutean interaccionar y descubrioacute que las corrientes eleacutectricas pueden atraerse o repelerse
Basaacutendose en estos hechos Ampegravere comenzoacute a desarrollar una teoriacutea newtoniana de la atraccioacuten entre corrientes Supuso que las secciones infinitesimales de la corriente denomina-das elementos de corriente actuacutean como los puntos maacutesicos de Newton la atraccioacuten o repul-sioacuten se ejerce a lo largo de la liacutenea de unioacuten de dos elementos de corriente por lo tanto las fuerzas son centrales Ademaacutes la atraccioacuten o repulsioacuten son inversamente proporcionales al cua-drado de la distancia entre los elementos y estaacuten en proporcioacuten directa a la intensidad de la co-rriente en cada elemento
Sin embargo Ampegravere tuvo que tener en cuenta los aacutengulos entre los elementos de co-rrientes para poder explicar su experimento lo cual constituye de por siacute una desviacioacuten del mo-delo newtoniano8 Basaacutendose en estas ideas Ampegravere construyoacute una brillante teoriacutea matemaacutetica sobre la atraccioacuten de las corrientes teoriacutea que no fue refutada por ninguacuten experimento
El electromagnetismo de Maxwell9
En el uacuteltimo tercio del siglo XIX James Clerk Maxwell (1831-1879) afronta la matema-tizacioacuten del electromagnetismo surgido a partir de las experiencias iniciales de Oersted y Ampeacute-re continuadas por Faraday que introdujo el concepto de campo eleacutectrico y de campo magneacutetico para delimitar las zonas de influencia de las fuerzas procedentes de cargas y corrientes eleacutectri-cas para el primero y las relativas a los imanes para el segundo
Maxwell consigue relacionar en su teoriacutea electromagneacutetica las propiedades de los ima-nes los cuerpos electrizados y las corrientes eleacutectricas y predice ademaacutes la propagacioacuten de los fenoacutemenos electromagneacuteticos mediante ondas viajeras a la velocidad de la luz considerada a partir de entonces como una perturbacioacuten electromagneacutetica El agrupamiento en una teoriacutea uacutenica del comportamiento eleacutectrico magneacutetico y oacuteptico de la materia supuso el hallazgo de una nueva siacutentesis cientiacutefica tan trascendente como la siacutentesis newtoniana pilares ambas de la fiacutesica claacute-sica pero de naturalezas tan diferentes que las contradicciones entre ellas hicieron tambalear los cimientos de aquella fiacutesica dando paso a una nueva fiacutesica asentada en los principios establecidos por Planck y Einstein
La Fiacutesica de Einstein Cuando Albert Einstein nace en 1879 todaviacutea predominaba la
actividad experimental sobre la fundamentacioacuten teoacuterica Se conociacutea la equivalencia entre el calor y el trabajo mecaacutenico lo que asociaba el calor con los fenoacutemenos energeacuteticos aunque todaviacutea se mantuvieran discre-pancias sobre si el calor era una sustancia una forma de energiacutea o un proceso fiacutesico se consideraba la luz como un fenoacutemeno ondulatorio
Paacuteg 5 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
modelo triunfante frente a quienes proponiacutean que su naturaleza era corpuscular el descubri-miento de la reciprocidad entre el magnetismo y las corrientes eleacutectricas a comienzos de siglo habiacutea desembocado en la teoriacutea electromagneacutetica de Maxwell y eran muchos los experimentos realizados en torno a la produccioacuten de radiaciones en el vaciacuteo Roumlntgen descubrioacute los rayos X el mismo antildeo 1895 en que Lorentz propone su teoriacutea del electroacuten confirmada experimentalmente al final de siglo por Thomson y Wien Becquerel descubre el comportamiento radiactivo del uranio (1896)
Al margen de las ensentildeanzas acadeacutemicas que Einstein seguiacutea de manera irregular se dedicoacute al estudio de las obras de Maxwell Hertz Kirchhoff y Helmholtz que lo pusieron al diacutea de los uacuteltimos avances de la fiacutesica Tambieacuten conocioacute las publicaciones de Ernst Mach10 a quien junto a Newton Maxwell Lorentz y Planck consideroacute Einstein sus precursores
Las explicaciones de principia matemathica resolviacutean todas las observaciones sobre la gravedad en la tierra y en el espacio pero no explicaban como funcionaba ni como estaba cau-sada Por 300 antildeos esta pregunta no fue resuelta
En 1915 einstein publico su teoriacutea general de la relatividad11 Einstein estaba de acuerdo con Newton de que el espacio teniacutea dimensiones y que podiacutea estar lleno de materia Pero New-ton no considero que el espacio estaba afectado por los objetos contenidos en el Einstein teori-zo que una masa podiacutea agujerear el espacio totalmente que podiacutea deformarlo doblarlo empu-jarlo o jalarlo La gravedad era un resultado natural de la existencia de una masa en el espacio Einstein incluyo ademaacutes una cuarta dimensioacuten al espacio el tiempo
De acuerdo con Einstein la gravedad de un objeto es una curvatura en el espacio Uno puede visualizar la deformacioacuten de la gravedad paraacutendose en un trampoliacuten en donde la masa de uno causa una deformacioacuten en el material del trampoliacuten De este modo se explico las mismas relaciones newtonianas (y predichas matemaacuteticamente con mayor precisioacuten) pero desde una oacuteptica de un espacio deformado
Esto afecto a la teoriacutea de Newton Si como Newton afirmaba la gravedad era constante la informacioacuten sobre un cambio de masa suacutebito tendriacutea que ser comunicado a todo el universo instantaacuteneamente Esto no tenia sentido para Einstein En su razonamiento si el Sol desapare-ciera suacutebitamente la sentildeal para que los planetas paren de orbitar tendriacutea que tomar un tiempo y definitivamente tomariacutea mas tiempo llegar a Plutoacuten que a Marte Nada de esto seria instantaacuteneo
Einstein aplico a esta situacioacuten el concepto de la deformacioacuten del espacio Al igual que una piedra en el estanque un cambio de masa causariacutea una ondulacioacuten en el espacio que viajariacutea de su fuente en todas direcciones a la velocidad de la luz Conforme se desplaza la onda ex-prime presiona estrecha y estira al espacio Se denomina a esta perturbacioacuten una onda gravita-cional De este modo Einstein explico todo lo que la teoriacutea de Newton hacia y mejor
Einstein predijo las ondas gravita-cionales pero considero que los cientiacuteficos no lo descubririacutean Su efecto era demasiado pequentildeo Esto recieacuten se descubrioacute en 1974 como la primera evidencia de la existencia de ondas gravitacionales12
No obstante que cualquier objeto puede generar ondas gravitacionales solo los extre-madamente masivos producen deformaciones en el espacio suficientes para ser medidas Estas deformaciones se encuentran solo en el espacio cosmoloacutegico como en las orbitas de las estrellas de neutroacuten o en los choques de los agujeros negros o en las supernovas La investigacioacuten que se viene realizando sobre estas ondas gravitacionales permitiraacute una mayor comprensioacuten de la gravedad13 y continuar con la construccioacuten de la Teoriacutea de la ciencia
La teoriacutea gravitacional de Newton Hasta comienzos del siglo XX la Teoriacutea gravitacional de Newton permanecioacute inaltera-
da y sin desafiacuteo alguno No es sino hasta comienzos de este siglo que la evidencia experimental de ciertos fenoacutemenos fiacutesicos entran en conflicto con las teoriacuteas de Newton Ello condujo a una grave crisis en la Fiacutesica Afortunadamente Bohr y Einstein originaron nuevos conceptos y pa-
Paacuteg 6 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
radigmas con los que se desarrollaron las teoriacuteas que compiten con la Fiacutesica de Newton (teoriacuteas no-newtonianas) Estas teoriacuteas llamadas Mecaacutenica cuaacutentica y la Teoriacutea de la relatividad gene-ral (TRG) permitieron resolver la crisis en la que la Fiacutesica estaba sumida
Validez de la Teoriacutea gravitacional de Newton aplicada a diferentes escalas de distancias
En la escala maacutes pequentildea Escala Atoacutemica se considera distancias dentro del aacutetomo La siguiente escala intermedia o Escala Solar tiene como liacutemite los confines de nuestro sistema solar Inmediatamente despueacutes se considera una escala auacuten maacutes grande la Escala Galaacutectica porque considera las distancias de maacutes allaacute de nuestro sistema solar hasta los liacutemites mismos de nuestra galaxia (Viacutea Laacutectea) Finalmente se tiene otra escala mucho mayor auacuten que se denomi-na Escala Cosmoloacutegica cuyas distancias son del orden de magnitud igual al de ldquoclustersrdquo de galaxias (conjuntos de maacutes de cincuenta galaxias)14
La TGN a Escala Atoacutemica Como es bastante conocido desde comienzos de este siglo la Teoriacutea gravitacional de
Newton (TGN) falla en los caacutelculos realizados a escala atoacutemica y debe ser reemplazada por la Mecaacutenica cuaacutentica15 Sobre este tema existe abundante literatura por lo que referimos al lector interesado a consultar por ejemplo las referencias 1 y 2 incluidas al final de este artiacuteculo
La TGN a Escala Solar En esta escala la Teoriacutea gravitacional de Newton (TGN) tiene su mayor eacutexito especial-
mente en su aplicacioacuten a la Astronomiacutea y en la prediccioacuten del paso de cometas eclipses movi-miento de planetas etc
Sin embargo en la segunda deacutecada de este siglo Einstein desarrolloacute una nueva teoriacutea gravitacional --la TRG-- que corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en la escala solar
Correcciones que la Teoriacutea de la relatividad general (TRG) hace a la Teoriacutea gravita-cional de Newton en la escala solar (TGN)
a) El corrimiento del perihelio del planeta Mercurio
Seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton los planetas orbitan alrededor del sol siguien-do una trayectoria eliacuteptica cerrada El planeta al dar una vuelta completa alrededor del sol pasa seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton por el mismo punto Si este punto es la distancia maacutes cercana al sol se llama el perihelio Los astroacutenomos de fines del siglo XIX habiacutean detectado y medido un corrimiento del perihelio de Mercurio Este corrimiento del perihelio de Mercurio fue asociado con las perturbaciones de los otros planetas sobre la oacuterbita de Mercurio
Se ha encontrado que el caacutelculo de este corrimiento en la TGN difiere del que ha encon-trado Einstein aplicando la TRG A la fecha no se ha encontrado sustento a la prediccioacuten de la TGN de que un objeto masivo no esfeacuterico produciraacute un corrimiento del perihelio Sin embargo ni los nuevos experimentos ni la tecnologiacutea de los antildeos ochenta encontroacute desviaciones significa-tivas en la esfericidad del Sol
b) La desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo
Este fenoacutemeno no tiene una explicacioacuten dentro de la Teoriacutea gravitacional de Newton Sin embargo la TRG permite predecir y calcular la desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo Einstein utilizando la TRG fue el primero en calcular la desviacioacuten de la luz proveniente de las estrellas lejanas al pasar cerca de nuestro sol Este valor fue confirmado por el astroacutenomo ingleacutes Eddington
A partir de esa fecha se han repetido las observaciones y se ha verificado que las obser-vaciones de la deflexioacuten de la luz son consistentes con la TRG Hoy en diacutea se estudia la de-flexioacuten de la luz al pasar por galaxias para estimar la masa de las galaxias y tambieacuten para detec-tar la posible presencia de objetos masivos con poca o ninguna luminosidad
Paacuteg 7 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
c) El retardamiento del tiempo
En la TRG los conceptos de espacio y tiempo estaacuten entremezclados mientras que en la Teoriacutea gravitacional de Newton son dos conceptos totalmente independientes Esto hace que en la TRG se hable de espacio-tiempo como una sola entidad En la TRG una masa produce una curvatura del espacio-tiempo alrededor de ella y es por esto que una onda electromagneacutetica pasando cerca de la masa y viajando entre los puntos A y B se demora maacutes que en el caso que la curvatura no existiera (en la Teoriacutea gravitacional de Newton el espacio alrededor de una ma-sa es plano no tiene curvatura) o fuera muy pequentildea como entre los puntos B y C Esto hace que se produzca entonces un retardamiento en el tiempo Este fenoacutemeno de la relatividad que no tiene analogiacutea en la Teoriacutea gravitacional de Newton fue predicho y calculado en la deacutecada de los sesenta16 La comprobacioacuten experimental de este efecto de la relatividad fue realizada por las naves Mariner que viajaron a Marte en el 1969
La TGN en las escalas galaacutectica y cosmoloacutegica17
En estas escalas y aun con la tecnologiacutea disponible todaviacutea los experimentos y las ob-servaciones son difiacuteciles de hacer y de interpretar Sin embargo a distancias galaacutecticas existen dos problemas que la Teoriacutea gravitacional de Newton no ha podido resolver hasta el diacutea de hoy en forma satisfactoria y que podriacutean estar indicando una falla en la fiacutesica newtoniana Estos problemas son
a) La masa oscura18
La Teoriacutea gravitacional de Newton permite calcular la velocidad (VN) que podriacutea tener una estrella digamos en una oacuterbita circular dentro de una galaxia Por otro lado se puede cal-cular en forma experimental la velocidad (VE) de esa misma estrella Los resultados experimen-tales y aqueacutellos encontrados usando la Teoriacutea gravitacional de Newton no coinciden De hecho VE gt VN (la velocidad experimental es mayor que la velocidad calculada)
Teacutecnicamente la graacutefica de la velocidad vs la distancia al centro de la galaxia se llama curva de rotacioacuten Para que los resultados teoacutericos y experimentales de las curvas de rotacioacuten coincidan (sin abandonar la Teoriacutea gravitacional de Newton) deberaacute haber maacutes masa dentro de la oacuterbita de la estrella de la que la se ve Es por esto que se postula la existencia de una masa no luminosa a la cual se le ha llamado masa oscura
b) La inestabilidad de los modelos de galaxias en la Teoriacutea gravitacional de New-ton19
En el estudio de galaxias los modelos que se desarrollan con la Fiacutesica de Newton re-quieren asumir otra vez la existencia de masa oscura alrededor de las galaxias para que los mo-delos newtonianos sean estables
Sin salirse del marco de referencia de la Teoriacutea gravitacional de Newton los dos pro-blemas antes mencionados no pueden resolverse sin apelar a la llamada masa oscura Sin em-bargo a pesar de la buacutesqueda intensa realizada con observaciones desde la tierra y desde sateacuteli-tes no se ha podido encontrar todaviacutea masa oscura en las cantidades requeridas por la Teoriacutea gravitacional de Newton para reproducir teoacutericamente las curvas de rotacioacuten experimentales y la estabilidad en los modelos de galaxias Tampoco se sabe con certeza cuaacutel es la naturaleza o queacute compone la masa oscura
La Teoriacutea Gravitacional de Weyl 20 En 1989 dos cientiacuteficos de la NASA D Kazanas y Manheinn21 desarrollaron una nue-
va teoriacutea gravitacional apelando a un principio fiacutesico llamado ldquoinvariancia localrdquo y demostraron que las nuevas soluciones exactas encontradas por ellos con esta nueva teoriacutea gravitacional se reducen en nuestro sistema solar a las conocidas de Newton-Einstein pero difieren de ellas a distancias galaacutecticas y cosmoloacutegicas
Paacuteg 8 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere Ampegravere7 fue uno de los maacutes sorprendidos por el descubrimiento de Oersted Como mu-
chos otros era de la opinioacuten de Coulomb de que soacutelo habiacutea interacciones entre la electricidad y la electricidad y entre los fenoacutemenos magneacuteticos y los fenoacutemenos magneacuteticos es decir entre fenoacutemenos de la misma naturaleza Habiacutea llegado incluso a demostrar en algunas conferencias que los fenoacutemenos eleacutectricos y magneacuteticos se debiacutean a dos fluidos diferentes que actuacutean inde-pendientemente uno del otro y ademaacutes siempre habiacutea creiacutedo fervientemente en el programa de investigacioacuten newtoniano
Ampegravere se enfrentoacute con el problema siguiente iquestpodriacutea explicarse el experimento de Oersted a partir de una teoriacutea newtoniana Ampegravere concibioacute la posibilidad de que el magnetis-mo no fuera una sustancia distinta sino simplemente un aspecto de la electricidad
Formuloacute la hipoacutetesis de que si los efectos magneacuteticos se debiacutean a corrientes eleacutectricas circulares dentro de los imanes estas corrientes podiacutean interaccionar con las de otros imanes y con las corrientes voltaicas explicando asiacute el descubrimiento de Oersted En esa eacutepoca no se conociacutea interaccioacuten alguna entre las corrientes eleacutectricas Ampegravere realizoacute experimentos para ver si dos cables por los que pasaba corriente podiacutean interaccionar y descubrioacute que las corrientes eleacutectricas pueden atraerse o repelerse
Basaacutendose en estos hechos Ampegravere comenzoacute a desarrollar una teoriacutea newtoniana de la atraccioacuten entre corrientes Supuso que las secciones infinitesimales de la corriente denomina-das elementos de corriente actuacutean como los puntos maacutesicos de Newton la atraccioacuten o repul-sioacuten se ejerce a lo largo de la liacutenea de unioacuten de dos elementos de corriente por lo tanto las fuerzas son centrales Ademaacutes la atraccioacuten o repulsioacuten son inversamente proporcionales al cua-drado de la distancia entre los elementos y estaacuten en proporcioacuten directa a la intensidad de la co-rriente en cada elemento
Sin embargo Ampegravere tuvo que tener en cuenta los aacutengulos entre los elementos de co-rrientes para poder explicar su experimento lo cual constituye de por siacute una desviacioacuten del mo-delo newtoniano8 Basaacutendose en estas ideas Ampegravere construyoacute una brillante teoriacutea matemaacutetica sobre la atraccioacuten de las corrientes teoriacutea que no fue refutada por ninguacuten experimento
El electromagnetismo de Maxwell9
En el uacuteltimo tercio del siglo XIX James Clerk Maxwell (1831-1879) afronta la matema-tizacioacuten del electromagnetismo surgido a partir de las experiencias iniciales de Oersted y Ampeacute-re continuadas por Faraday que introdujo el concepto de campo eleacutectrico y de campo magneacutetico para delimitar las zonas de influencia de las fuerzas procedentes de cargas y corrientes eleacutectri-cas para el primero y las relativas a los imanes para el segundo
Maxwell consigue relacionar en su teoriacutea electromagneacutetica las propiedades de los ima-nes los cuerpos electrizados y las corrientes eleacutectricas y predice ademaacutes la propagacioacuten de los fenoacutemenos electromagneacuteticos mediante ondas viajeras a la velocidad de la luz considerada a partir de entonces como una perturbacioacuten electromagneacutetica El agrupamiento en una teoriacutea uacutenica del comportamiento eleacutectrico magneacutetico y oacuteptico de la materia supuso el hallazgo de una nueva siacutentesis cientiacutefica tan trascendente como la siacutentesis newtoniana pilares ambas de la fiacutesica claacute-sica pero de naturalezas tan diferentes que las contradicciones entre ellas hicieron tambalear los cimientos de aquella fiacutesica dando paso a una nueva fiacutesica asentada en los principios establecidos por Planck y Einstein
La Fiacutesica de Einstein Cuando Albert Einstein nace en 1879 todaviacutea predominaba la
actividad experimental sobre la fundamentacioacuten teoacuterica Se conociacutea la equivalencia entre el calor y el trabajo mecaacutenico lo que asociaba el calor con los fenoacutemenos energeacuteticos aunque todaviacutea se mantuvieran discre-pancias sobre si el calor era una sustancia una forma de energiacutea o un proceso fiacutesico se consideraba la luz como un fenoacutemeno ondulatorio
Paacuteg 5 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
modelo triunfante frente a quienes proponiacutean que su naturaleza era corpuscular el descubri-miento de la reciprocidad entre el magnetismo y las corrientes eleacutectricas a comienzos de siglo habiacutea desembocado en la teoriacutea electromagneacutetica de Maxwell y eran muchos los experimentos realizados en torno a la produccioacuten de radiaciones en el vaciacuteo Roumlntgen descubrioacute los rayos X el mismo antildeo 1895 en que Lorentz propone su teoriacutea del electroacuten confirmada experimentalmente al final de siglo por Thomson y Wien Becquerel descubre el comportamiento radiactivo del uranio (1896)
Al margen de las ensentildeanzas acadeacutemicas que Einstein seguiacutea de manera irregular se dedicoacute al estudio de las obras de Maxwell Hertz Kirchhoff y Helmholtz que lo pusieron al diacutea de los uacuteltimos avances de la fiacutesica Tambieacuten conocioacute las publicaciones de Ernst Mach10 a quien junto a Newton Maxwell Lorentz y Planck consideroacute Einstein sus precursores
Las explicaciones de principia matemathica resolviacutean todas las observaciones sobre la gravedad en la tierra y en el espacio pero no explicaban como funcionaba ni como estaba cau-sada Por 300 antildeos esta pregunta no fue resuelta
En 1915 einstein publico su teoriacutea general de la relatividad11 Einstein estaba de acuerdo con Newton de que el espacio teniacutea dimensiones y que podiacutea estar lleno de materia Pero New-ton no considero que el espacio estaba afectado por los objetos contenidos en el Einstein teori-zo que una masa podiacutea agujerear el espacio totalmente que podiacutea deformarlo doblarlo empu-jarlo o jalarlo La gravedad era un resultado natural de la existencia de una masa en el espacio Einstein incluyo ademaacutes una cuarta dimensioacuten al espacio el tiempo
De acuerdo con Einstein la gravedad de un objeto es una curvatura en el espacio Uno puede visualizar la deformacioacuten de la gravedad paraacutendose en un trampoliacuten en donde la masa de uno causa una deformacioacuten en el material del trampoliacuten De este modo se explico las mismas relaciones newtonianas (y predichas matemaacuteticamente con mayor precisioacuten) pero desde una oacuteptica de un espacio deformado
Esto afecto a la teoriacutea de Newton Si como Newton afirmaba la gravedad era constante la informacioacuten sobre un cambio de masa suacutebito tendriacutea que ser comunicado a todo el universo instantaacuteneamente Esto no tenia sentido para Einstein En su razonamiento si el Sol desapare-ciera suacutebitamente la sentildeal para que los planetas paren de orbitar tendriacutea que tomar un tiempo y definitivamente tomariacutea mas tiempo llegar a Plutoacuten que a Marte Nada de esto seria instantaacuteneo
Einstein aplico a esta situacioacuten el concepto de la deformacioacuten del espacio Al igual que una piedra en el estanque un cambio de masa causariacutea una ondulacioacuten en el espacio que viajariacutea de su fuente en todas direcciones a la velocidad de la luz Conforme se desplaza la onda ex-prime presiona estrecha y estira al espacio Se denomina a esta perturbacioacuten una onda gravita-cional De este modo Einstein explico todo lo que la teoriacutea de Newton hacia y mejor
Einstein predijo las ondas gravita-cionales pero considero que los cientiacuteficos no lo descubririacutean Su efecto era demasiado pequentildeo Esto recieacuten se descubrioacute en 1974 como la primera evidencia de la existencia de ondas gravitacionales12
No obstante que cualquier objeto puede generar ondas gravitacionales solo los extre-madamente masivos producen deformaciones en el espacio suficientes para ser medidas Estas deformaciones se encuentran solo en el espacio cosmoloacutegico como en las orbitas de las estrellas de neutroacuten o en los choques de los agujeros negros o en las supernovas La investigacioacuten que se viene realizando sobre estas ondas gravitacionales permitiraacute una mayor comprensioacuten de la gravedad13 y continuar con la construccioacuten de la Teoriacutea de la ciencia
La teoriacutea gravitacional de Newton Hasta comienzos del siglo XX la Teoriacutea gravitacional de Newton permanecioacute inaltera-
da y sin desafiacuteo alguno No es sino hasta comienzos de este siglo que la evidencia experimental de ciertos fenoacutemenos fiacutesicos entran en conflicto con las teoriacuteas de Newton Ello condujo a una grave crisis en la Fiacutesica Afortunadamente Bohr y Einstein originaron nuevos conceptos y pa-
Paacuteg 6 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
radigmas con los que se desarrollaron las teoriacuteas que compiten con la Fiacutesica de Newton (teoriacuteas no-newtonianas) Estas teoriacuteas llamadas Mecaacutenica cuaacutentica y la Teoriacutea de la relatividad gene-ral (TRG) permitieron resolver la crisis en la que la Fiacutesica estaba sumida
Validez de la Teoriacutea gravitacional de Newton aplicada a diferentes escalas de distancias
En la escala maacutes pequentildea Escala Atoacutemica se considera distancias dentro del aacutetomo La siguiente escala intermedia o Escala Solar tiene como liacutemite los confines de nuestro sistema solar Inmediatamente despueacutes se considera una escala auacuten maacutes grande la Escala Galaacutectica porque considera las distancias de maacutes allaacute de nuestro sistema solar hasta los liacutemites mismos de nuestra galaxia (Viacutea Laacutectea) Finalmente se tiene otra escala mucho mayor auacuten que se denomi-na Escala Cosmoloacutegica cuyas distancias son del orden de magnitud igual al de ldquoclustersrdquo de galaxias (conjuntos de maacutes de cincuenta galaxias)14
La TGN a Escala Atoacutemica Como es bastante conocido desde comienzos de este siglo la Teoriacutea gravitacional de
Newton (TGN) falla en los caacutelculos realizados a escala atoacutemica y debe ser reemplazada por la Mecaacutenica cuaacutentica15 Sobre este tema existe abundante literatura por lo que referimos al lector interesado a consultar por ejemplo las referencias 1 y 2 incluidas al final de este artiacuteculo
La TGN a Escala Solar En esta escala la Teoriacutea gravitacional de Newton (TGN) tiene su mayor eacutexito especial-
mente en su aplicacioacuten a la Astronomiacutea y en la prediccioacuten del paso de cometas eclipses movi-miento de planetas etc
Sin embargo en la segunda deacutecada de este siglo Einstein desarrolloacute una nueva teoriacutea gravitacional --la TRG-- que corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en la escala solar
Correcciones que la Teoriacutea de la relatividad general (TRG) hace a la Teoriacutea gravita-cional de Newton en la escala solar (TGN)
a) El corrimiento del perihelio del planeta Mercurio
Seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton los planetas orbitan alrededor del sol siguien-do una trayectoria eliacuteptica cerrada El planeta al dar una vuelta completa alrededor del sol pasa seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton por el mismo punto Si este punto es la distancia maacutes cercana al sol se llama el perihelio Los astroacutenomos de fines del siglo XIX habiacutean detectado y medido un corrimiento del perihelio de Mercurio Este corrimiento del perihelio de Mercurio fue asociado con las perturbaciones de los otros planetas sobre la oacuterbita de Mercurio
Se ha encontrado que el caacutelculo de este corrimiento en la TGN difiere del que ha encon-trado Einstein aplicando la TRG A la fecha no se ha encontrado sustento a la prediccioacuten de la TGN de que un objeto masivo no esfeacuterico produciraacute un corrimiento del perihelio Sin embargo ni los nuevos experimentos ni la tecnologiacutea de los antildeos ochenta encontroacute desviaciones significa-tivas en la esfericidad del Sol
b) La desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo
Este fenoacutemeno no tiene una explicacioacuten dentro de la Teoriacutea gravitacional de Newton Sin embargo la TRG permite predecir y calcular la desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo Einstein utilizando la TRG fue el primero en calcular la desviacioacuten de la luz proveniente de las estrellas lejanas al pasar cerca de nuestro sol Este valor fue confirmado por el astroacutenomo ingleacutes Eddington
A partir de esa fecha se han repetido las observaciones y se ha verificado que las obser-vaciones de la deflexioacuten de la luz son consistentes con la TRG Hoy en diacutea se estudia la de-flexioacuten de la luz al pasar por galaxias para estimar la masa de las galaxias y tambieacuten para detec-tar la posible presencia de objetos masivos con poca o ninguna luminosidad
Paacuteg 7 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
c) El retardamiento del tiempo
En la TRG los conceptos de espacio y tiempo estaacuten entremezclados mientras que en la Teoriacutea gravitacional de Newton son dos conceptos totalmente independientes Esto hace que en la TRG se hable de espacio-tiempo como una sola entidad En la TRG una masa produce una curvatura del espacio-tiempo alrededor de ella y es por esto que una onda electromagneacutetica pasando cerca de la masa y viajando entre los puntos A y B se demora maacutes que en el caso que la curvatura no existiera (en la Teoriacutea gravitacional de Newton el espacio alrededor de una ma-sa es plano no tiene curvatura) o fuera muy pequentildea como entre los puntos B y C Esto hace que se produzca entonces un retardamiento en el tiempo Este fenoacutemeno de la relatividad que no tiene analogiacutea en la Teoriacutea gravitacional de Newton fue predicho y calculado en la deacutecada de los sesenta16 La comprobacioacuten experimental de este efecto de la relatividad fue realizada por las naves Mariner que viajaron a Marte en el 1969
La TGN en las escalas galaacutectica y cosmoloacutegica17
En estas escalas y aun con la tecnologiacutea disponible todaviacutea los experimentos y las ob-servaciones son difiacuteciles de hacer y de interpretar Sin embargo a distancias galaacutecticas existen dos problemas que la Teoriacutea gravitacional de Newton no ha podido resolver hasta el diacutea de hoy en forma satisfactoria y que podriacutean estar indicando una falla en la fiacutesica newtoniana Estos problemas son
a) La masa oscura18
La Teoriacutea gravitacional de Newton permite calcular la velocidad (VN) que podriacutea tener una estrella digamos en una oacuterbita circular dentro de una galaxia Por otro lado se puede cal-cular en forma experimental la velocidad (VE) de esa misma estrella Los resultados experimen-tales y aqueacutellos encontrados usando la Teoriacutea gravitacional de Newton no coinciden De hecho VE gt VN (la velocidad experimental es mayor que la velocidad calculada)
Teacutecnicamente la graacutefica de la velocidad vs la distancia al centro de la galaxia se llama curva de rotacioacuten Para que los resultados teoacutericos y experimentales de las curvas de rotacioacuten coincidan (sin abandonar la Teoriacutea gravitacional de Newton) deberaacute haber maacutes masa dentro de la oacuterbita de la estrella de la que la se ve Es por esto que se postula la existencia de una masa no luminosa a la cual se le ha llamado masa oscura
b) La inestabilidad de los modelos de galaxias en la Teoriacutea gravitacional de New-ton19
En el estudio de galaxias los modelos que se desarrollan con la Fiacutesica de Newton re-quieren asumir otra vez la existencia de masa oscura alrededor de las galaxias para que los mo-delos newtonianos sean estables
Sin salirse del marco de referencia de la Teoriacutea gravitacional de Newton los dos pro-blemas antes mencionados no pueden resolverse sin apelar a la llamada masa oscura Sin em-bargo a pesar de la buacutesqueda intensa realizada con observaciones desde la tierra y desde sateacuteli-tes no se ha podido encontrar todaviacutea masa oscura en las cantidades requeridas por la Teoriacutea gravitacional de Newton para reproducir teoacutericamente las curvas de rotacioacuten experimentales y la estabilidad en los modelos de galaxias Tampoco se sabe con certeza cuaacutel es la naturaleza o queacute compone la masa oscura
La Teoriacutea Gravitacional de Weyl 20 En 1989 dos cientiacuteficos de la NASA D Kazanas y Manheinn21 desarrollaron una nue-
va teoriacutea gravitacional apelando a un principio fiacutesico llamado ldquoinvariancia localrdquo y demostraron que las nuevas soluciones exactas encontradas por ellos con esta nueva teoriacutea gravitacional se reducen en nuestro sistema solar a las conocidas de Newton-Einstein pero difieren de ellas a distancias galaacutecticas y cosmoloacutegicas
Paacuteg 8 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
modelo triunfante frente a quienes proponiacutean que su naturaleza era corpuscular el descubri-miento de la reciprocidad entre el magnetismo y las corrientes eleacutectricas a comienzos de siglo habiacutea desembocado en la teoriacutea electromagneacutetica de Maxwell y eran muchos los experimentos realizados en torno a la produccioacuten de radiaciones en el vaciacuteo Roumlntgen descubrioacute los rayos X el mismo antildeo 1895 en que Lorentz propone su teoriacutea del electroacuten confirmada experimentalmente al final de siglo por Thomson y Wien Becquerel descubre el comportamiento radiactivo del uranio (1896)
Al margen de las ensentildeanzas acadeacutemicas que Einstein seguiacutea de manera irregular se dedicoacute al estudio de las obras de Maxwell Hertz Kirchhoff y Helmholtz que lo pusieron al diacutea de los uacuteltimos avances de la fiacutesica Tambieacuten conocioacute las publicaciones de Ernst Mach10 a quien junto a Newton Maxwell Lorentz y Planck consideroacute Einstein sus precursores
Las explicaciones de principia matemathica resolviacutean todas las observaciones sobre la gravedad en la tierra y en el espacio pero no explicaban como funcionaba ni como estaba cau-sada Por 300 antildeos esta pregunta no fue resuelta
En 1915 einstein publico su teoriacutea general de la relatividad11 Einstein estaba de acuerdo con Newton de que el espacio teniacutea dimensiones y que podiacutea estar lleno de materia Pero New-ton no considero que el espacio estaba afectado por los objetos contenidos en el Einstein teori-zo que una masa podiacutea agujerear el espacio totalmente que podiacutea deformarlo doblarlo empu-jarlo o jalarlo La gravedad era un resultado natural de la existencia de una masa en el espacio Einstein incluyo ademaacutes una cuarta dimensioacuten al espacio el tiempo
De acuerdo con Einstein la gravedad de un objeto es una curvatura en el espacio Uno puede visualizar la deformacioacuten de la gravedad paraacutendose en un trampoliacuten en donde la masa de uno causa una deformacioacuten en el material del trampoliacuten De este modo se explico las mismas relaciones newtonianas (y predichas matemaacuteticamente con mayor precisioacuten) pero desde una oacuteptica de un espacio deformado
Esto afecto a la teoriacutea de Newton Si como Newton afirmaba la gravedad era constante la informacioacuten sobre un cambio de masa suacutebito tendriacutea que ser comunicado a todo el universo instantaacuteneamente Esto no tenia sentido para Einstein En su razonamiento si el Sol desapare-ciera suacutebitamente la sentildeal para que los planetas paren de orbitar tendriacutea que tomar un tiempo y definitivamente tomariacutea mas tiempo llegar a Plutoacuten que a Marte Nada de esto seria instantaacuteneo
Einstein aplico a esta situacioacuten el concepto de la deformacioacuten del espacio Al igual que una piedra en el estanque un cambio de masa causariacutea una ondulacioacuten en el espacio que viajariacutea de su fuente en todas direcciones a la velocidad de la luz Conforme se desplaza la onda ex-prime presiona estrecha y estira al espacio Se denomina a esta perturbacioacuten una onda gravita-cional De este modo Einstein explico todo lo que la teoriacutea de Newton hacia y mejor
Einstein predijo las ondas gravita-cionales pero considero que los cientiacuteficos no lo descubririacutean Su efecto era demasiado pequentildeo Esto recieacuten se descubrioacute en 1974 como la primera evidencia de la existencia de ondas gravitacionales12
No obstante que cualquier objeto puede generar ondas gravitacionales solo los extre-madamente masivos producen deformaciones en el espacio suficientes para ser medidas Estas deformaciones se encuentran solo en el espacio cosmoloacutegico como en las orbitas de las estrellas de neutroacuten o en los choques de los agujeros negros o en las supernovas La investigacioacuten que se viene realizando sobre estas ondas gravitacionales permitiraacute una mayor comprensioacuten de la gravedad13 y continuar con la construccioacuten de la Teoriacutea de la ciencia
La teoriacutea gravitacional de Newton Hasta comienzos del siglo XX la Teoriacutea gravitacional de Newton permanecioacute inaltera-
da y sin desafiacuteo alguno No es sino hasta comienzos de este siglo que la evidencia experimental de ciertos fenoacutemenos fiacutesicos entran en conflicto con las teoriacuteas de Newton Ello condujo a una grave crisis en la Fiacutesica Afortunadamente Bohr y Einstein originaron nuevos conceptos y pa-
Paacuteg 6 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
radigmas con los que se desarrollaron las teoriacuteas que compiten con la Fiacutesica de Newton (teoriacuteas no-newtonianas) Estas teoriacuteas llamadas Mecaacutenica cuaacutentica y la Teoriacutea de la relatividad gene-ral (TRG) permitieron resolver la crisis en la que la Fiacutesica estaba sumida
Validez de la Teoriacutea gravitacional de Newton aplicada a diferentes escalas de distancias
En la escala maacutes pequentildea Escala Atoacutemica se considera distancias dentro del aacutetomo La siguiente escala intermedia o Escala Solar tiene como liacutemite los confines de nuestro sistema solar Inmediatamente despueacutes se considera una escala auacuten maacutes grande la Escala Galaacutectica porque considera las distancias de maacutes allaacute de nuestro sistema solar hasta los liacutemites mismos de nuestra galaxia (Viacutea Laacutectea) Finalmente se tiene otra escala mucho mayor auacuten que se denomi-na Escala Cosmoloacutegica cuyas distancias son del orden de magnitud igual al de ldquoclustersrdquo de galaxias (conjuntos de maacutes de cincuenta galaxias)14
La TGN a Escala Atoacutemica Como es bastante conocido desde comienzos de este siglo la Teoriacutea gravitacional de
Newton (TGN) falla en los caacutelculos realizados a escala atoacutemica y debe ser reemplazada por la Mecaacutenica cuaacutentica15 Sobre este tema existe abundante literatura por lo que referimos al lector interesado a consultar por ejemplo las referencias 1 y 2 incluidas al final de este artiacuteculo
La TGN a Escala Solar En esta escala la Teoriacutea gravitacional de Newton (TGN) tiene su mayor eacutexito especial-
mente en su aplicacioacuten a la Astronomiacutea y en la prediccioacuten del paso de cometas eclipses movi-miento de planetas etc
Sin embargo en la segunda deacutecada de este siglo Einstein desarrolloacute una nueva teoriacutea gravitacional --la TRG-- que corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en la escala solar
Correcciones que la Teoriacutea de la relatividad general (TRG) hace a la Teoriacutea gravita-cional de Newton en la escala solar (TGN)
a) El corrimiento del perihelio del planeta Mercurio
Seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton los planetas orbitan alrededor del sol siguien-do una trayectoria eliacuteptica cerrada El planeta al dar una vuelta completa alrededor del sol pasa seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton por el mismo punto Si este punto es la distancia maacutes cercana al sol se llama el perihelio Los astroacutenomos de fines del siglo XIX habiacutean detectado y medido un corrimiento del perihelio de Mercurio Este corrimiento del perihelio de Mercurio fue asociado con las perturbaciones de los otros planetas sobre la oacuterbita de Mercurio
Se ha encontrado que el caacutelculo de este corrimiento en la TGN difiere del que ha encon-trado Einstein aplicando la TRG A la fecha no se ha encontrado sustento a la prediccioacuten de la TGN de que un objeto masivo no esfeacuterico produciraacute un corrimiento del perihelio Sin embargo ni los nuevos experimentos ni la tecnologiacutea de los antildeos ochenta encontroacute desviaciones significa-tivas en la esfericidad del Sol
b) La desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo
Este fenoacutemeno no tiene una explicacioacuten dentro de la Teoriacutea gravitacional de Newton Sin embargo la TRG permite predecir y calcular la desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo Einstein utilizando la TRG fue el primero en calcular la desviacioacuten de la luz proveniente de las estrellas lejanas al pasar cerca de nuestro sol Este valor fue confirmado por el astroacutenomo ingleacutes Eddington
A partir de esa fecha se han repetido las observaciones y se ha verificado que las obser-vaciones de la deflexioacuten de la luz son consistentes con la TRG Hoy en diacutea se estudia la de-flexioacuten de la luz al pasar por galaxias para estimar la masa de las galaxias y tambieacuten para detec-tar la posible presencia de objetos masivos con poca o ninguna luminosidad
Paacuteg 7 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
c) El retardamiento del tiempo
En la TRG los conceptos de espacio y tiempo estaacuten entremezclados mientras que en la Teoriacutea gravitacional de Newton son dos conceptos totalmente independientes Esto hace que en la TRG se hable de espacio-tiempo como una sola entidad En la TRG una masa produce una curvatura del espacio-tiempo alrededor de ella y es por esto que una onda electromagneacutetica pasando cerca de la masa y viajando entre los puntos A y B se demora maacutes que en el caso que la curvatura no existiera (en la Teoriacutea gravitacional de Newton el espacio alrededor de una ma-sa es plano no tiene curvatura) o fuera muy pequentildea como entre los puntos B y C Esto hace que se produzca entonces un retardamiento en el tiempo Este fenoacutemeno de la relatividad que no tiene analogiacutea en la Teoriacutea gravitacional de Newton fue predicho y calculado en la deacutecada de los sesenta16 La comprobacioacuten experimental de este efecto de la relatividad fue realizada por las naves Mariner que viajaron a Marte en el 1969
La TGN en las escalas galaacutectica y cosmoloacutegica17
En estas escalas y aun con la tecnologiacutea disponible todaviacutea los experimentos y las ob-servaciones son difiacuteciles de hacer y de interpretar Sin embargo a distancias galaacutecticas existen dos problemas que la Teoriacutea gravitacional de Newton no ha podido resolver hasta el diacutea de hoy en forma satisfactoria y que podriacutean estar indicando una falla en la fiacutesica newtoniana Estos problemas son
a) La masa oscura18
La Teoriacutea gravitacional de Newton permite calcular la velocidad (VN) que podriacutea tener una estrella digamos en una oacuterbita circular dentro de una galaxia Por otro lado se puede cal-cular en forma experimental la velocidad (VE) de esa misma estrella Los resultados experimen-tales y aqueacutellos encontrados usando la Teoriacutea gravitacional de Newton no coinciden De hecho VE gt VN (la velocidad experimental es mayor que la velocidad calculada)
Teacutecnicamente la graacutefica de la velocidad vs la distancia al centro de la galaxia se llama curva de rotacioacuten Para que los resultados teoacutericos y experimentales de las curvas de rotacioacuten coincidan (sin abandonar la Teoriacutea gravitacional de Newton) deberaacute haber maacutes masa dentro de la oacuterbita de la estrella de la que la se ve Es por esto que se postula la existencia de una masa no luminosa a la cual se le ha llamado masa oscura
b) La inestabilidad de los modelos de galaxias en la Teoriacutea gravitacional de New-ton19
En el estudio de galaxias los modelos que se desarrollan con la Fiacutesica de Newton re-quieren asumir otra vez la existencia de masa oscura alrededor de las galaxias para que los mo-delos newtonianos sean estables
Sin salirse del marco de referencia de la Teoriacutea gravitacional de Newton los dos pro-blemas antes mencionados no pueden resolverse sin apelar a la llamada masa oscura Sin em-bargo a pesar de la buacutesqueda intensa realizada con observaciones desde la tierra y desde sateacuteli-tes no se ha podido encontrar todaviacutea masa oscura en las cantidades requeridas por la Teoriacutea gravitacional de Newton para reproducir teoacutericamente las curvas de rotacioacuten experimentales y la estabilidad en los modelos de galaxias Tampoco se sabe con certeza cuaacutel es la naturaleza o queacute compone la masa oscura
La Teoriacutea Gravitacional de Weyl 20 En 1989 dos cientiacuteficos de la NASA D Kazanas y Manheinn21 desarrollaron una nue-
va teoriacutea gravitacional apelando a un principio fiacutesico llamado ldquoinvariancia localrdquo y demostraron que las nuevas soluciones exactas encontradas por ellos con esta nueva teoriacutea gravitacional se reducen en nuestro sistema solar a las conocidas de Newton-Einstein pero difieren de ellas a distancias galaacutecticas y cosmoloacutegicas
Paacuteg 8 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
radigmas con los que se desarrollaron las teoriacuteas que compiten con la Fiacutesica de Newton (teoriacuteas no-newtonianas) Estas teoriacuteas llamadas Mecaacutenica cuaacutentica y la Teoriacutea de la relatividad gene-ral (TRG) permitieron resolver la crisis en la que la Fiacutesica estaba sumida
Validez de la Teoriacutea gravitacional de Newton aplicada a diferentes escalas de distancias
En la escala maacutes pequentildea Escala Atoacutemica se considera distancias dentro del aacutetomo La siguiente escala intermedia o Escala Solar tiene como liacutemite los confines de nuestro sistema solar Inmediatamente despueacutes se considera una escala auacuten maacutes grande la Escala Galaacutectica porque considera las distancias de maacutes allaacute de nuestro sistema solar hasta los liacutemites mismos de nuestra galaxia (Viacutea Laacutectea) Finalmente se tiene otra escala mucho mayor auacuten que se denomi-na Escala Cosmoloacutegica cuyas distancias son del orden de magnitud igual al de ldquoclustersrdquo de galaxias (conjuntos de maacutes de cincuenta galaxias)14
La TGN a Escala Atoacutemica Como es bastante conocido desde comienzos de este siglo la Teoriacutea gravitacional de
Newton (TGN) falla en los caacutelculos realizados a escala atoacutemica y debe ser reemplazada por la Mecaacutenica cuaacutentica15 Sobre este tema existe abundante literatura por lo que referimos al lector interesado a consultar por ejemplo las referencias 1 y 2 incluidas al final de este artiacuteculo
La TGN a Escala Solar En esta escala la Teoriacutea gravitacional de Newton (TGN) tiene su mayor eacutexito especial-
mente en su aplicacioacuten a la Astronomiacutea y en la prediccioacuten del paso de cometas eclipses movi-miento de planetas etc
Sin embargo en la segunda deacutecada de este siglo Einstein desarrolloacute una nueva teoriacutea gravitacional --la TRG-- que corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en la escala solar
Correcciones que la Teoriacutea de la relatividad general (TRG) hace a la Teoriacutea gravita-cional de Newton en la escala solar (TGN)
a) El corrimiento del perihelio del planeta Mercurio
Seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton los planetas orbitan alrededor del sol siguien-do una trayectoria eliacuteptica cerrada El planeta al dar una vuelta completa alrededor del sol pasa seguacuten la Teoriacutea gravitacional de Newton por el mismo punto Si este punto es la distancia maacutes cercana al sol se llama el perihelio Los astroacutenomos de fines del siglo XIX habiacutean detectado y medido un corrimiento del perihelio de Mercurio Este corrimiento del perihelio de Mercurio fue asociado con las perturbaciones de los otros planetas sobre la oacuterbita de Mercurio
Se ha encontrado que el caacutelculo de este corrimiento en la TGN difiere del que ha encon-trado Einstein aplicando la TRG A la fecha no se ha encontrado sustento a la prediccioacuten de la TGN de que un objeto masivo no esfeacuterico produciraacute un corrimiento del perihelio Sin embargo ni los nuevos experimentos ni la tecnologiacutea de los antildeos ochenta encontroacute desviaciones significa-tivas en la esfericidad del Sol
b) La desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo
Este fenoacutemeno no tiene una explicacioacuten dentro de la Teoriacutea gravitacional de Newton Sin embargo la TRG permite predecir y calcular la desviacioacuten de la luz al pasar cerca de un objeto masivo Einstein utilizando la TRG fue el primero en calcular la desviacioacuten de la luz proveniente de las estrellas lejanas al pasar cerca de nuestro sol Este valor fue confirmado por el astroacutenomo ingleacutes Eddington
A partir de esa fecha se han repetido las observaciones y se ha verificado que las obser-vaciones de la deflexioacuten de la luz son consistentes con la TRG Hoy en diacutea se estudia la de-flexioacuten de la luz al pasar por galaxias para estimar la masa de las galaxias y tambieacuten para detec-tar la posible presencia de objetos masivos con poca o ninguna luminosidad
Paacuteg 7 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
c) El retardamiento del tiempo
En la TRG los conceptos de espacio y tiempo estaacuten entremezclados mientras que en la Teoriacutea gravitacional de Newton son dos conceptos totalmente independientes Esto hace que en la TRG se hable de espacio-tiempo como una sola entidad En la TRG una masa produce una curvatura del espacio-tiempo alrededor de ella y es por esto que una onda electromagneacutetica pasando cerca de la masa y viajando entre los puntos A y B se demora maacutes que en el caso que la curvatura no existiera (en la Teoriacutea gravitacional de Newton el espacio alrededor de una ma-sa es plano no tiene curvatura) o fuera muy pequentildea como entre los puntos B y C Esto hace que se produzca entonces un retardamiento en el tiempo Este fenoacutemeno de la relatividad que no tiene analogiacutea en la Teoriacutea gravitacional de Newton fue predicho y calculado en la deacutecada de los sesenta16 La comprobacioacuten experimental de este efecto de la relatividad fue realizada por las naves Mariner que viajaron a Marte en el 1969
La TGN en las escalas galaacutectica y cosmoloacutegica17
En estas escalas y aun con la tecnologiacutea disponible todaviacutea los experimentos y las ob-servaciones son difiacuteciles de hacer y de interpretar Sin embargo a distancias galaacutecticas existen dos problemas que la Teoriacutea gravitacional de Newton no ha podido resolver hasta el diacutea de hoy en forma satisfactoria y que podriacutean estar indicando una falla en la fiacutesica newtoniana Estos problemas son
a) La masa oscura18
La Teoriacutea gravitacional de Newton permite calcular la velocidad (VN) que podriacutea tener una estrella digamos en una oacuterbita circular dentro de una galaxia Por otro lado se puede cal-cular en forma experimental la velocidad (VE) de esa misma estrella Los resultados experimen-tales y aqueacutellos encontrados usando la Teoriacutea gravitacional de Newton no coinciden De hecho VE gt VN (la velocidad experimental es mayor que la velocidad calculada)
Teacutecnicamente la graacutefica de la velocidad vs la distancia al centro de la galaxia se llama curva de rotacioacuten Para que los resultados teoacutericos y experimentales de las curvas de rotacioacuten coincidan (sin abandonar la Teoriacutea gravitacional de Newton) deberaacute haber maacutes masa dentro de la oacuterbita de la estrella de la que la se ve Es por esto que se postula la existencia de una masa no luminosa a la cual se le ha llamado masa oscura
b) La inestabilidad de los modelos de galaxias en la Teoriacutea gravitacional de New-ton19
En el estudio de galaxias los modelos que se desarrollan con la Fiacutesica de Newton re-quieren asumir otra vez la existencia de masa oscura alrededor de las galaxias para que los mo-delos newtonianos sean estables
Sin salirse del marco de referencia de la Teoriacutea gravitacional de Newton los dos pro-blemas antes mencionados no pueden resolverse sin apelar a la llamada masa oscura Sin em-bargo a pesar de la buacutesqueda intensa realizada con observaciones desde la tierra y desde sateacuteli-tes no se ha podido encontrar todaviacutea masa oscura en las cantidades requeridas por la Teoriacutea gravitacional de Newton para reproducir teoacutericamente las curvas de rotacioacuten experimentales y la estabilidad en los modelos de galaxias Tampoco se sabe con certeza cuaacutel es la naturaleza o queacute compone la masa oscura
La Teoriacutea Gravitacional de Weyl 20 En 1989 dos cientiacuteficos de la NASA D Kazanas y Manheinn21 desarrollaron una nue-
va teoriacutea gravitacional apelando a un principio fiacutesico llamado ldquoinvariancia localrdquo y demostraron que las nuevas soluciones exactas encontradas por ellos con esta nueva teoriacutea gravitacional se reducen en nuestro sistema solar a las conocidas de Newton-Einstein pero difieren de ellas a distancias galaacutecticas y cosmoloacutegicas
Paacuteg 8 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
c) El retardamiento del tiempo
En la TRG los conceptos de espacio y tiempo estaacuten entremezclados mientras que en la Teoriacutea gravitacional de Newton son dos conceptos totalmente independientes Esto hace que en la TRG se hable de espacio-tiempo como una sola entidad En la TRG una masa produce una curvatura del espacio-tiempo alrededor de ella y es por esto que una onda electromagneacutetica pasando cerca de la masa y viajando entre los puntos A y B se demora maacutes que en el caso que la curvatura no existiera (en la Teoriacutea gravitacional de Newton el espacio alrededor de una ma-sa es plano no tiene curvatura) o fuera muy pequentildea como entre los puntos B y C Esto hace que se produzca entonces un retardamiento en el tiempo Este fenoacutemeno de la relatividad que no tiene analogiacutea en la Teoriacutea gravitacional de Newton fue predicho y calculado en la deacutecada de los sesenta16 La comprobacioacuten experimental de este efecto de la relatividad fue realizada por las naves Mariner que viajaron a Marte en el 1969
La TGN en las escalas galaacutectica y cosmoloacutegica17
En estas escalas y aun con la tecnologiacutea disponible todaviacutea los experimentos y las ob-servaciones son difiacuteciles de hacer y de interpretar Sin embargo a distancias galaacutecticas existen dos problemas que la Teoriacutea gravitacional de Newton no ha podido resolver hasta el diacutea de hoy en forma satisfactoria y que podriacutean estar indicando una falla en la fiacutesica newtoniana Estos problemas son
a) La masa oscura18
La Teoriacutea gravitacional de Newton permite calcular la velocidad (VN) que podriacutea tener una estrella digamos en una oacuterbita circular dentro de una galaxia Por otro lado se puede cal-cular en forma experimental la velocidad (VE) de esa misma estrella Los resultados experimen-tales y aqueacutellos encontrados usando la Teoriacutea gravitacional de Newton no coinciden De hecho VE gt VN (la velocidad experimental es mayor que la velocidad calculada)
Teacutecnicamente la graacutefica de la velocidad vs la distancia al centro de la galaxia se llama curva de rotacioacuten Para que los resultados teoacutericos y experimentales de las curvas de rotacioacuten coincidan (sin abandonar la Teoriacutea gravitacional de Newton) deberaacute haber maacutes masa dentro de la oacuterbita de la estrella de la que la se ve Es por esto que se postula la existencia de una masa no luminosa a la cual se le ha llamado masa oscura
b) La inestabilidad de los modelos de galaxias en la Teoriacutea gravitacional de New-ton19
En el estudio de galaxias los modelos que se desarrollan con la Fiacutesica de Newton re-quieren asumir otra vez la existencia de masa oscura alrededor de las galaxias para que los mo-delos newtonianos sean estables
Sin salirse del marco de referencia de la Teoriacutea gravitacional de Newton los dos pro-blemas antes mencionados no pueden resolverse sin apelar a la llamada masa oscura Sin em-bargo a pesar de la buacutesqueda intensa realizada con observaciones desde la tierra y desde sateacuteli-tes no se ha podido encontrar todaviacutea masa oscura en las cantidades requeridas por la Teoriacutea gravitacional de Newton para reproducir teoacutericamente las curvas de rotacioacuten experimentales y la estabilidad en los modelos de galaxias Tampoco se sabe con certeza cuaacutel es la naturaleza o queacute compone la masa oscura
La Teoriacutea Gravitacional de Weyl 20 En 1989 dos cientiacuteficos de la NASA D Kazanas y Manheinn21 desarrollaron una nue-
va teoriacutea gravitacional apelando a un principio fiacutesico llamado ldquoinvariancia localrdquo y demostraron que las nuevas soluciones exactas encontradas por ellos con esta nueva teoriacutea gravitacional se reducen en nuestro sistema solar a las conocidas de Newton-Einstein pero difieren de ellas a distancias galaacutecticas y cosmoloacutegicas
Paacuteg 8 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
Estudios posteriores llevaron a la conclusioacuten preliminar de que la Teoriacutea gravitacional de Weyl (TGW) puede reproducir las velocidades de las estrellas en la galaxia sin asumir la existencia de la materia oscura Simulaciones numeacutericas tambieacuten han encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Obviamente esto de por siacute no implica que la TGW sea la verdadera y final teoriacutea gravi-tacional Eso tendraacute dependeraacute de nuevas observaciones nuevos experimentos y de la tecnolo-giacutea del siglo 21
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrece la TGW su estudio permite anali-zar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitacionales de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
La investigacioacuten de las teoriacuteas gravitacionales no newtonianas Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy
buenos resultados en una escala intermedia donde el campo gravitacional se debe casi entera-mente al producido por la masa del Sol Sin embargo el campo gravitacional del Sol es deacutebil en comparacioacuten con el producido por objetos compactos como estrellas enanas de neutrones o black holes Se ha visto que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la va-lidez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica22
Resultados en esta revisioacuten La teoriacutea de la gravitacioacuten de Newton muestra ciertos errores pero son errores raciona-
les porque lo que estaba erroacuteneo eran los datos que eacutel habiacutea utilizado Si las observaciones futu-ras demuestran claramente que la relatividad es algo erroacuteneo es muy posible que lo hagan sin afectar que el trabajo de Einstein fue un trabajo de gran calidad Newton utilizoacute la uacutenica geome-triacutea que se conociacutea y sus errores proceden de no haber utilizado una geometriacutea que no existiacutea y que siacute pudo utilizar Einstein porque se desarrollaron en el periodo temporal entre uno y otro
Las investigaciones recientes demuestran que la Teoriacutea gravitacional de Newton da muy buenos resultados en una escala intermedia
Se ha encontrado que con la llamada TGW se pueden desarrollar modelos de galaxias estables y que se puede solucionar los problemas que se presentan en la Teoriacutea gravitacional de Newton
Al presente ademaacutes del intereacutes intriacutenseco que ofrecen las nuevas teoriacuteas su estudio permite analizar y reflexionar sobre las debilidades y posibles fallas de las teoriacuteas gravitaciona-les de Newton y de Einstein aceptadas hoy en diacutea en todas las escalas (excepto la atoacutemica) por la comunidad cientiacutefica
Se ha comprobado que Teoriacutea de la relatividad general corrige a la Teoriacutea gravitacional de Newton en los campos gravitacionales deacutebiles y que cientos de experimentos confirman la validez de la TRG en nuestro sistema solar Tambieacuten parece ser que la Teoriacutea gravitacional de Weyl puede corregir a la Teoriacutea gravitacional de Newton en una escala galaacutectica
Einstein demostroacute que la fiacutesica claacutesica estaba errada cuando trataba de explicar objetos
masivos u objetos que viajan a velocidades muy elevadas En el caso de los objetos maacutes peque-ntildeos y lentos los cuales fueron la base de la fiacutesica claacutesica de Newton la fiacutesica claacutesica si es com-patible con la fiacutesica moderna
Sin embargo Einstein demostroacute que la relatividad era una correccioacuten a la mecaacutenica claacute-sica y que en un ambiente de baja energiacutea o en un reacutegimen claacutesico la fiacutesica relativa y la fiacutesica de Newton no son equivalentes la una con la otra
Paacuteg 9 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
De esta forma entendemos en el siglo XIX a la fiacutesica claacutesica consecuente con las leyes de Newton y cuando ciertos fenoacutemenos no pueden explicarse surge la mecaacutenica cuaacutentica y en ella notamos que hay una evidente modificacioacuten de la fiacutesica de Newton
La teoriacutea cuaacutentica y la teoriacutea relativista se complementan no se contradicen ambas tie-nen sus campos de accioacuten y pueden conjuntarse para formar lo que llamamos mecaacutenica cuaacutentica relativista
En la actualidad los fiacutesicos de partiacuteculas elementales trabajan con una teoriacutea que se lla-ma teoriacutea de campo que es baacutesicamente mecaacutenica cuaacutentica relativista y que viene de la unioacuten de la teoriacutea de la relatividad de Albert Einstein y la mecaacutenica cuaacutentica de Max Planck entonces no son contradictorias al contrario se complementan para formar una nueva teoriacutea
No obstante no debemos olvidar otras grandes contribuciones de Einstein a la ciencia
como su trabajo sobre el efecto fotoeleacutectrico y que ademaacutes fue quien de-mostroacute de forma inequiacutevoca que los aacutetomos eran algo real ademaacutes de su trabajo en materia de energiacutea nuclear o de alguna que otra contribucioacuten a la cuaacutentica Sin embargo se debe tener presente que mientras la mecaacutenica quaacutentica niega algunas nociones newtonianas tambieacuten niega alguna de las nociones de la relatividad einsteniana
Estos conceptos baacutesicos recuerdan que el trabajo cientiacutefico es ciencia aun cuando sus conclusiones sean erroacuteneas lo importante es que los errores sean errores racionales y propios del retraso de otras ramas de a ciencia La epistemologiacutea ensentildea que el conocimiento cientiacutefico es pro-
gresivo y no definitivo y que siempre esta condicionado a la revisioacuten y a la confirmacioacuten
lMax Plank
Anexos
Hitos en la Fiacutesica
bull En el Siglo XVII Newton (1687) formuloacute las leyes claacutesicas de la dinaacutemica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitacioacuten universal
bull A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinaacutemica la mecaacutenica estadiacutestica y la mecaacutenica de fluidos
bull En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo En 1855 Maxwell unificoacute ambos fenoacutemenos y las respectivas teo-riacuteas vigentes hasta entonces en la Teoriacutea del electromagnetismo descrita a traveacutes de las Ecuaciones de Maxwell Una de las predicciones de esta teoriacutea es que la luz es una onda electromagneacutetica A finales de este siglo se producen los prime-ros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la fiacutesica nuclear En 1897 Thomson descubrioacute el electroacuten
bull Durante el Siglo XX la Fiacutesica se desarrolloacute plenamente bull En 1904 se propuso el primer modelo del aacutetomo23 bull En 1905 Einstein formuloacute la Teoriacutea de la Relatividad especial la cual coin-
cide con las Leyes de Newton cuando los fenoacutemenos se desarrollan a veloci-dades pequentildeas comparadas con la velocidad de la luz
bull En 1915 Einstein extendioacute la Teoriacutea de la Relatividad especial formulando la Teoriacutea de la Relatividad general la cual sustituye a la Ley de gravitacioacuten de Newton y la comprende en los casos de masas pequentildeas
bull Planck Einstein Bohr y otros desarrollaron la Teoriacutea cuaacutentica24 a fin de expli-car resultados experimentales anoacutemalos sobre la radiacioacuten de los cuerpos
bull En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un nuacutecleo atoacutemico cargado positi-vamente a partir de experiencias de dispersioacuten de partiacuteculas
Paacuteg 10 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull En 1925 Heisenberg y en 1926 Schroumldinger y Dirac formularon la Mecaacutenica cuaacutentica25 la cual comprende las teoriacuteas cuaacutenticas precedentes y suministra las herramientas teoacutericas para la Fiacutesica de la materia condensada Posteriormente se formuloacute la Teoriacutea cuaacutentica de campos para extender la Mecaacutenica cuaacutentica de manera consistente con la Teoriacutea de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman Schwinger Tomonaga y Dyson quienes formularon la Teoriacutea de la Electrodinaacutemica cuaacutenti-ca Asimismo esta teoriacutea suministroacute las bases para el desarrollo de la Fiacutesica de partiacuteculas26
bull En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estaacutendar27 Este mode-lo se completoacute en los antildeos 1970 y con eacutel fue posible predecir las propiedades de partiacuteculas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesiva-mente siendo la uacuteltima de ellas el quark top28 En la actualidad el modelo estaacuten-dar describe todas las partiacuteculas elementales observadas asiacute como la naturaleza de su interaccioacuten
Ramas de la Fiacutesica
Para su estudio la fiacutesica se puede dividir en tres grandes etapas
La Fiacutesica claacutesica se encarga del estudio de aquellos fenoacutemenos que ocurren a una velocidad relativamente pequentildea comparada con la velocidad de la luz en el vaciacuteo y cuyas escalas espacia-les son muy superiores al tamantildeo de aacutetomos y moleacuteculas
La Fiacutesica moderna se encarga de los fenoacutemenos que se producen a la velocidad de la luz o valo-res cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamantildeo del aacutetomo o inferiores fue desarrollada en los inicios del siglo XX29
La Fiacutesica contemporaacutenea se encarga del estudio de los fenoacutemenos no-lineales de la compleji-dad de la naturaleza de los procesos fuera del equilibrio termodinaacutemico y de los fenoacutemenos que ocurren a escalas mesoscoacutepicas y nanoscoacutepicas Esta aacuterea de la fiacutesica se comenzoacute a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI30
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica claacutesica se encuentran las siguientes aacutereas
bull Mecaacutenica mecaacutenica claacutesica | mecaacutenica de medios continuos | mecaacutenica de flui-dos
bull Termodinaacutemica y mecaacutenica estadiacutestica bull Mecaacutenica ondulatoria acuacutestica | oacuteptica bull Electromagnetismo Electricidad | Magnetismo bull Relatividad (Electrodinaacutemica) teoriacutea especial de la relatividad | teoriacutea general
de la relatividad | Gravitacioacuten
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica moderna se encuentran
bull Mecaacutenica cuaacutentica Aacutetomo | Nuacutecleo | Fiacutesica quiacutemica | Fiacutesica del estado soacutelido bull Fiacutesica de partiacuteculas
Dentro del campo de estudio de la Fiacutesica contemporaacutenea se encuentran
bull Termodinaacutemica fuera del equilibrio Mecaacutenica estadiacutestica |Percolacioacuten bull Dinaacutemica no-lineal Turbulencia | Teoriacutea del Caos | Fractales
Paacuteg 11 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
bull Sistemas complejos Sociofiacutesica | Econofiacutesica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas
bull Fiacutesica mesoscoacutepica Puntos cuaacutenticos bull Nano-Fiacutesica Pinzas oacutepticas
Uacuteltimamente La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el premio Nobel de Fiacutesica 2006 a los astrofiacutesicos estadounidenses John C Mather y George F Smoot descubrido-res del eco del big bang por sus investigaciones sobre la radiacioacuten de fondo de las microon-das coacutesmicas y el origen del universo Octubre de 2006 31
Los cientiacuteficos han sido reconocidos por su mirada hacia el nacimiento y la infancia del universo y sus intentos por entender el origen de las galaxias y las estrellas en concreto por su descubrimiento de la forma del cuerpo negro y la anisotropiacutea de la radiacioacuten coacutesmica de microondas de fondo
Se considera que inmediatamente despueacutes del big bang el universo puede comparar-se con un cuerpo emisor de radiacioacuten En el momento de esa emisioacuten la temperatura del uni-verso debioacute ser de al menos 3000 grados centiacutegrados Despueacutes y de acuerdo con el escenario del bing bang la radiacioacuten se enfriacuteo gradualmente en la medida en que el universo se expan-
diacutea Actualmente la radiacioacuten de fondo se calcula 27 gra-dos por debajo del cero absoluto
Gracias a sus experimentos se confirmoacute que efecti-vamente se produjo lo que se conoce como big bang y se identificaron las perturbaciones de la radiacioacuten coacutesmica en los primeros segundos tras la explosioacuten que originoacute el uni-verso
Referencias 1 Catedraacutetico de la Universidad Nacional de Ingenieriacutea Magiacutester en Ciencias Diplomado en Planeamien-to Arquitecto 2 En una carta remitida el 15 de febrero de 1676 (el 5 de febrero de 1675 en el calendario juliano de la eacutepoca) a Robert Hooke Newton dice If I have seen further it is by standing upon the shoulders of giants 3 Westfall Richard S2000 Isaac Newton Una vida Cambridge University press Madrid Pp 380 4 Leibniz Gottfried Wilhelm von Die philosophischen Schriften Edicioacuten de C J Gerhardt Berliacuten 1885 Reimpresioacuten de 1978 Georg Olms Verlag Hildesheim New York Leibniz cree que el origen de las dificultades de la filosofiacutea cartesiana estaacute en el hecho de haber conside-rado la extensioacuten (res extensa) como una sustancia real existente Con ello reaparecioacute el viejo problema del continuo es decir la materia como algo divisible en siempre divisibles Leibniz lo llama laquoLaberinthus continuiraquo el laberinto del continuo es faacutecil entrar en eacutel pero imposible salir (Leibniz Monadologiacutea sect 3) No sigue a Descartes porque el criterio de la evidencia es psicoloacutegico y sin garantiacutea Eacutel confiacutea en que con los siacutembolos apropiados que representen bien los conceptos puede seguirse un procedimiento loacutegico para verificar las verdades 5 Boscovich Cientiacutefico y filoacutesofo jesuita Partiendo de las ideas de Newton y de Leibniz elabora una concepcioacuten del universo seguacuten la cual los elementos uacuteltimos de la realidad son sustancias simples puntos metafiacutesicos inextensos aacutetomos inmateriales centro de fuerza de atraccioacuten y repulsioacuten Recuerdan a las monadas de Leibniz pero se distinguen de ellas porque no tienen actividad consciente y tambieacuten porque interactuacutean unas sobre otras 6 Kant sostiene que el espacio estaacute constituido por una parte vaciacutea y fuerzas de diferente iacutendole Las fuer-zas repulsivas ocupan regiones del espacio donde actuacutean sobre puntos contiguos en cambio no actuacutean a
Paacuteg 12 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
distancia Las fuerzas atractivas por el contrario se ejercen a distancia y no ocupan el espacio a traveacutes del cual actuacutean Un cuerpo material es una regioacuten continua del espacio con fuerzas repulsivas en cada punto y bordeado por el vaciacuteo con lo que el cuerpo tiende a expandirse Pero los mismos puntos llevan asociados fuerzas atractivas que actuacutean a distancia La estabilidad observada y la misma densidad se explicaban como resultado del balance repulsioacuten por contacto atraccioacuten a distancia y era propio de cada objeto 7 Ampeacutere Matemaacutetico y fiacutesico franceacutes generalmente considerado como uno de los descubridores del electromagnetismo En 1822 establecioacute los principios de la electrodinaacutemica Concluyoacute que la fuerza elec-tromotriz es producto de la tensioacuten eleacutectrica y de la corriente En 1827 publicoacute su Teoriacutea matemaacutetica de los fenoacutemenos electrodinaacutemicos donde expuso su famosa Ley de Ampeacutere 8 La fuerza es maacutexima cuando los elementos de corriente son paralelos entre siacute y perpendiculares a la liacutenea que los une En esta situacioacuten elementos de corriente del mismo sentido se atraen y de sentido contrario se repelen Cuando el elemento de corriente gira o se desplaza de esta posicioacuten y la componente paralela de los elementos disminuye la fuerza disminuye 9 CLERK MAXWELL James 1954 A Treatise on Electricity and Magnetism Dover TIPLER Paul (2004) Physics for Scientists and Engineers Electricity Magnetism Light and Elementary Modern Physics (5th ed) W H Freeman 10 MACH Ernst (1838 - 1916) fiacutesico y filoacutesofo austriaco contribuyoacute a la formalizacioacuten matemaacutetica de fenoacutemenos oacutepticos mecaacutenicos y sobre todo algunos relativos a la propagacioacuten de ondas como su estudio sobre el efecto Doppler y la propagacioacuten del sonido Pero desde donde ejercioacute mayor influencia fue como filoacutesofo encuadrado en la escuela denominada positivista para quienes soacutelo teniacutea validez cientiacutefica lo conocido mediante la percepcioacuten sensorial su obra Contribuciones al anaacutelisis de las sensaciones (1886) tuvo mucha difusioacuten 11 EINSTEIN A 1962 Relativity The special and the general theory Methven amp Co httpwwwfourmilabchetextseinsteinspecrelwww On the electrodynamics of moving bodies el artiacuteculo de Einstein donde plantea la re (jun 1905)(traduccioacuten al ingleacutes) RUSELL Bertrand The ABC of Relativity 3ordf Ed New York A mentor Book from New American Library 1969 12 Dos radio astroacutenomos Joseph Taylor y Russell Hulse confirmaron el descubrimiento de Einstein re-cieacuten en 1974 13 httparchivencsauiuceduCyberiaNumRelMoviesEdgehtmlWormHolesToWhere 14 Ver Enciclopedia Standford de filosofiacutea lt httpplatostanfordeduentriesnewton-stm gt OHANIAN Hans C Ruffini Remo Gravitation and Spacetime (1994) Contenido Teoriacutea gravitacional de newton El formalismo de la relatividad especial La aproximacioacuten lineal y aplicaciones Ondas gravitacionales Geometriacutea riemanniana lt httpenscientificcommonsorghans_c_ohanian gt 15 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New York 16 SHAPIRO II et al Phys Rev Lett (1966) 17 933 ArticlePhysRevLett17933 title = Radar Verification of the Doppler Formula author = Shapiro Irwin I and Ash Michael E and Tausner Menasha J 17 COHEN I Bernard and Anne Whitman translators Isaac Newton The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy Preceded by A Guide to Newtonrsquos Principia by I Bernard Cohen University of California Press 1999 18 lt httpaxxoncomarzapc-zapping0156htm gt 19 LONGAIR Malcolm S Galaxy formation Springer - Verlag 1999
Paacuteg 13 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
PEACOCK John A Cosmological physics Cambridge University Press 1999 COLES P y Lucchin F Cosmology the origin and evolution of cosmic structure Wiley Interscience 1995 20 lt httpwww-historymcsst-andrewsacukhistoryBiographiesWeylhtml gt HAWKING SW amp W Israel General Relativity Cambridge UP (1979) HAWKING SW amp W Israel 300 years of Gravitation Cambridge DODELSON S Modern Cosmology Academic Press (2003) 21 MANNHEIM P D and Kazanas D Ap J (1989) 342 635 KAZANAS D 1991 Astrophysical aspects of Weyl gravity in Nonlinear Problems in Relativity and Cosmology Pro ceedings of the Sixth Florida Workshop on Nonlinear Astronomy University of Florida October 1990 Edited by J R Buchler S L Detweiler and J R Ipser Annals of the New York Academy of Sciences Vol 631 212 GA KAZANAS D and Manheim PD 1991a Ap J Suppl Ser 76 431 GAKAZANAS D and Manheim PD 1991b Dark matter or new physics in Pro ceedings of the After the First Three Minutes Workshop University of Maryland October 1990 A I P Conference Pro ceedings No 222 edited by S S Holt C L Bennett and V Trimble A I P (N Y) MANNHEIM P D and Kazanas D Phys Rev (1991) D44 417 22 MESSIAH A Quantum Mechanics (1960) John Wiley and Sons New York MESSIAH Albert Quantum Mechanics (Vol I) English translation from French by G M Temmer fourth printing 1966 North Holland John Wiley amp Sons CHESTER M Primer of Quantum Mechanics (1987) John Wiley and Sons New YorkEd Dover - 1ordf - 1987 23 El concepto de aacutetomo como bloque baacutesico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia Sin embargo su existencia no quedoacute demostrada hasta el siglo XIX Con el desarrollo de la fiacutesica nuclear en el siglo XX se comproboacute que el aacutetomo puede subdividirse en partiacuteculas maacutes pequentildeas 24 Las suposiciones maacutes importantes de esta teoriacutea son las siguientes
bull La energiacutea no se intercambia de forma continua sino que en todo intercambio energeacutetico hay una cantidad miacutenima involucrada es decir un cuanto (cuantizacioacuten de la energiacutea)
bull Al ser imposible fijar a la vez la posicioacuten y el momento de una partiacutecula se renuncia al concepto de trayectoria vital en mecaacutenica claacutesica En vez de eso el movimiento de una partiacutecula queda regido por una funcioacuten matemaacutetica que asigna a cada punto del espacio y a cada instante la probabilidad de que la partiacutecula descrita se halle en tal posicioacuten en ese instante (al menos en la interpretacioacuten de la Mecaacutenica cuaacutentica maacutes usual la probabiliacutestica o interpretacioacuten de Copen-hague) A partir de esa funcioacuten o funcioacuten de ondas se extraen teoacutericamente todas las magnitu-des del movimiento necesarias
Aunque la estructura formal de la teoriacutea estaacute bien desarrollada y sus resultados son coherentes con los experimentos no sucede lo mismo con su interpretacioacuten que sigue siendo objeto de controversias 25 La mecaacutenica cuaacutentica conocida tambieacuten como mecaacutenica ondulatoria y como fiacutesica cuaacutentica es la rama de la fiacutesica que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequentildea (Estrictamente su campo de aplicacioacuten pretende ser universal pero es en lo pequentildeo donde sus predicciones divergen radical-mente de la llamada fiacutesica claacutesica) 26 La Fiacutesica de Partiacuteculas o Fiacutesica de Altas Energiacuteas es la rama de la Fiacutesica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos Las partiacuteculas fundamentales se subdividen en bosones (partiacuteculas de espiacuten entero como por ejemplo 0 1 2) que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza y fermiones (partiacute-culas de espiacuten semientero como por ejemplo 12 oacute 32) 27 El modelo estaacutendar de la fiacutesica de partiacuteculas es una teoriacutea que describe tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partiacuteculas elementales que componen toda la materia Es una teoriacutea cuaacuten-tica de campos desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecaacutenica cuaacutentica y la relatividad especial Hasta la fecha casi todas las pruebas experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estaacutendar estaacuten de acuerdo con sus predicciones Sin embargo el modelo estaacutendar no alcanza a ser una teoriacutea completa de las interacciones fundamentales debido a que no incluye la gravedad la cuarta
Paacuteg 14 de 15 Percy Acuntildea Vigil
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-
Percy Acuntildea Vigil
Newton vs Einstein
interaccioacuten fundamental conocida y debido tambieacuten al nuacutemero elevado de paraacutemetros numeacutericos (tales como masas y constantes que se juntan) que se deben poner a mano en la teoriacutea (en vez de derivarse a partir de primeros principios) 28 En la fiacutesica de las partiacuteculas los quarks son los fundamentales constituyentes de la materia ademaacutes de los leptones Los quarks son las uacutenicas partiacuteculas fundamentales que interactuacutean con las cuatro fuerzas fundamentales El quark Top en ingleacutes es una partiacutecula elemental que pertenece a la tercera generacioacuten de quarks 29 lthttpwwwexploraclotrosfisica2005historiahtml gt 30 SACHS Mendel 2007 CONCEPTS OF MODERN PHYSICS The Haifa Lectures The State University of New York Buffalo USA 31 HAWKING S W Historia del tiempo del Big Bang a los agujeros negros Barcelona Ciacuterculo de Lectores 091991 WEINBERG STEVEN Los tres primeros minutos del universo Alianza Madrid (1999)
Paacuteg 15 de 15 Percy Acuntildea Vigil
- iquestNEWTON VS EINSTEIN
-
- Conceptos de base
- La Fiacutesica Aristoteacutelica
- La Fiacutesica de Newton
- Las teoriacuteas anti-newtonianas
-
- La Fiacutesica de Descartes
- Las modificaciones de Leibniz
- La siacutentesis de Kant
- El descubrimiento de Oersted
- La Fiacutesica newtoniana de Ampegravere
- El electromagnetismo de Maxwell
-
- La Fiacutesica de Einstein
- La teoriacutea gravitacional de Newton
- Resultados en esta revisioacuten
- Anexos
-
- Hitos en la Fiacutesica
- Ramas de la Fiacutesica
-