Fundamentos de la Física Moderna: Relatividad, Cuántica y la Teoría del Caos
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MACROCOSMOS: LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD (ALBERT EINSTEIN)
El Espacio-Tiempo
- El espacio y el tiempo forman un continuo cuatridimensional (4D).
- No son valores objetivos, especialmente la velocidad relativa.
- El espacio y el tiempo interactúan entre sí y se pueden deformar, como ocurre con la gravedad.
Límite de Velocidad Cósmica
Nada puede ir más rápido que la velocidad de la luz. A velocidades próximas a la de la luz, el espacio-tiempo se deforma y el tiempo se ralentiza.
Campo Gravitatorio
La materia deforma la geometría del espacio que la rodea.
La Expansión del Universo
El cosmos es un sistema dinámico con origen en el Big Bang. De este evento se forman los átomos que, más adelante, se combinan para formar las galaxias.
Posibles Finales del Universo
Se contemplan dos escenarios principales:
- Un colapso global (Big Crunch), que podría generar un nuevo Big Bang.
- Una dispersión total y enfriamiento de la materia.
MICROCOSMOS: FÍSICA CUÁNTICA
Dualidad Onda-Partícula
- Materia y energía son dos formas de manifestar la realidad y son intercambiables, según la famosa fórmula de Einstein: E = mc².
- Tradicionalmente se creía que la materia era discontinua y corpuscular, y la energía, continua y ondulatoria.
- Hoy se sabe que la energía es discontinua: se emite en "paquetes" llamados cuantos. Un fotón equivale a un cuanto de luz.
Según Max Born, la realidad no está formada por sustancia (corpúsculos, materia) u ondas (energía), sino por un proceso que puede expresar características de sustancia y/o de onda.
Teorías Fundamentales de la Mecánica Cuántica
Conviven dos teorías principales, según la interpretación preferente de la realidad:
- Mecánica Matricial de Heisenberg: Enfocada en los corpúsculos.
- Mecánica Ondulatoria de Schrödinger: Enfocada en las ondas.
Principio de Incertidumbre de Heisenberg
No puede haber observación sin interacción entre el observador y lo observado; por lo tanto, no podemos medir la realidad tal cual es.
Si se determina la posición de un electrón de manera cada vez más precisa, su velocidad se hace imprecisa, y viceversa. Las partículas subatómicas no poseen características de posición y velocidad determinadas que puedan medirse simultáneamente con exactitud.
La Superposición Cuántica
En la realidad cuántica, una partícula puede existir en dos estados o dos posiciones a la vez, hasta que un observador interactúa con ella y la obliga a "decantarse" por uno de los estados.
LA TEORÍA DEL CAOS
Esta teoría se aplica sobre todo a la meteorología y fue desarrollada por Edward Lorenz, quien formuló el famoso "Efecto Mariposa".
- Describe cómo muchos sistemas complejos y dinámicos son extremadamente sensibles a las condiciones iniciales.
- Un cambio mínimo en la situación inicial puede provocar cambios drásticos al final.
- Esto genera una gran dificultad para las predicciones a largo plazo, poniendo en cuestión el determinismo clásico.