Edad Dorada de la Física

Watson 15

Nueva forma de investigar• 1919-23: Descubrimientos continuos

– Ultima etapa de grandeza en Europa• Laboratorio Cavendish (Oxford)

– Ernest Rutherford - Director– Desvencijado– Ambiente consciente vivir momentos

cruciales• Club Kapitza de Cambridge

– Fundado por joven físico ruso contra estructura jerárquica

– Desdén por la posición formal participantes

– Chadwick anuncia por primera vez su descubrimiento neutrón

– Investigación con prisa y detectives por ser el primero en conseguirlo

• Caltech– Mayor telescopio del mundo, en LA– Laboratorio p estudio reactores de

propulsión– Laboratorio de biología

• Desarrollo cada vez + frecuente fórmulas matemáticas

– -> desarrollo lógica -> concepción + coherente del mundo

Rutherford – División átomo• 1919-23: Descubrimientos continuos

– Ultima etapa de grandeza en Europa• Laboratorio Cavendish (Oxford)

– Ernest Rutherford - Director– Desvencijado– Ambiente consciente vivir momentos cruciales

• Club Kapitza de Cambridge– Fundado por joven físico ruso contra estructura jerárquica– Desdén por la posición formal participantes– Chadwick anuncia por primera vez su descubrimiento neutron

– Investigación con prisa y detectives por ser el primero en conseguirlo

• Caltech– Mayor telescopio del mundo, en LA– Laboratorio p estudio reactores de propulsión– Laboratorio de biologa

• Desarrollo cada vez + frecuente fórmulas matemáticas– -> desarrollo lógica -> concepción + coherente del mundo

• Nitrógeno – Un efecto anómalo• Similitud actuación hidrógeno al pasar radiación• Desintegración átomos de nitrógeno• -> División átomo al trasmutar nitrógeno en hidrógeno y oxígeno

– El bombardeo del núcleo de helio al núcleo de hidrógeno desplaza un protón (Núcleo de hidrógeno)-> 4+14-1: 17– Consecuencias

• Carácter transmutable de la naturaleza• Nuevas vías estudio átomo

– Elementos susceptibles de estudio por tener estructura» Boro, flúor, sodio, aluminio, fósforo» Capas externas de muchos electrones q conforman una barrera eléctrica mucho + resistente » Si se quiere romper, se necesita una fuente más poderosa de partículas alfa

• Necesario saber cómo acelerar partículas a velocidades + altas– -> aceleradores de partículas

Física cuántica• Niels Bohr

– Atrae interés IN física cuántica a Dinamarca– Reacción rápidas y precisas– Mucha fuerza de voluntad y resistencia

• Demuestra lazos entre física y química– Relación et estructura atómica y tabla periódica

elementos• Orbitas electrones tan solo en ciertas características• Las sucesivas capas orbitales de un electrón pueden

contener solo un número preciso de electrones• A igual comportamiento químico, disposición semejante

electrones de las capas externas– Ejemplo: bario y radio, con dos electrones en capa externa

Principio de la exclusión

• Amplia ideas Bohr sobre comportamiento químico– Las propiedades químicas determinadas por

• Numero electrones átomo• Dispersión electrones en las órbitas

• Wolfgang Pauli – Depresión ante problemas científicos

• ¿por qué los electrones no se agolpan junto al núcleo?• Descubre: cada capa solo contiene 1 ó 2 electrones

– Cuando la capa se llena, el electrón debe colocarse en otra– Capa interna, máximo de 2 y externa, de max 8– Un electrón en una órbita: elementos activos químicamente

• Hidrógeno, litio– Numero par, elementos inertes

• Neon, helio

“Correspondencia”

• Base matemática genuina de estructura atómica• Werner Heisenberg

– Göttingen, corrige ideas de Bohr• ¿*Q Coincidencia física cuántica y clásica en frecuencias

bajas?• Rareza cuántica

– Es imposible observar directamente un átomo– Propiedades: continuo en un punto y discreto en otro– Método matemático matricial

• Agrupar medidas en tabla bidimensional para que dos matrices den origen a una tercera

– Atomo: matriz / “regla” : otra matriz– “matriz sodio” * “matriz línea espectral”= longitudes de onda de las

líneas espectrales del sodio

Dualidad onda-corpúsculo

• Luois de Broglie– Luz se puede comportar como partícula

ocasionalmente– También: Las partículas se pueden comportar como

ondas– Probado: éxito inmediato

• Erwin Schördinger– La órbita electrón es como la de una onda, no como

planetas– Estructura de onda determina tamaño órbita– Evitar el caos: La onda debe corresponder a numero

entero, a no a facción

Principio incertidumbre• Einstein: “es la teoría lo que decide lo que podemos

observar”• Heisenberg:

– Para determinar posición partícula es necesario q choque contra pantalla sulfuro zinc, peor esto altera su velocidad

– Para saber la velocidad de una partícula se mide por la dispersión de rayos gamma, pero esto cambia el curso

– Hay limites que nos impiden conocer todo en la física cuantica– => no se puede saber al mismo tiempo posición exacta y

velocidad electrón– Imposible saber relación causa-efecto en mundo subatómico– Probabilidad: única forma de comprender comportamiento

electrón -> recurso a la estadística

• Oposición Einstein: La mecánica no es ninguna panacea.[...] Él no juega a los dados”

Neutrón

• Especulaciones Ernest Rutherford, 1920• Posibilidad tercer componente átomo• “núcleo de carga nula”• “propiedades muy novedosas• Campo electrico externo prácticamente nulo,

excepto junto al núcleo• Movimiento en libertad por la materia• Necesario buscarlo• Electrón (negativo) + Protón (positivo) + neutron

• Incoherencias crecientes en década 1920

• Relación peso atómico y número atómico– Nº: carga eléctrica núcleo + total protones

• Helio: 4, peso atómico 4/ Plata: 47 – 107 /Uranio:92-235

• Idea: el nocleo cuenta con protones adicionales, asociados con electrones neutralizates

– ¿con q energia se mantenían dentrod el núcleo?– No se veian nunca cuando se bombardeaba el núcleo

James Chadwick• Convencido de algo semejante al neutrón• Estudio rayos gamma

– Forma intensa de luz desprendida al bombardear elementos ligeros con partículas alfa – Sorpresa: Berilio no se desintegraba

• H.C Webster: “la radiación del berilio emitida en el mismo sentido de las partículas alfa era mas fuerte que en sentido contrario

– La radiación no se dispersa en todas direcciones como la luz– Entonces, es una partícula, despedida en dirección de un alfa entrante– Neutrón?

• Irene Juliot-Curie calcula energía: 3 veces las partículas con q se bombardea– Un protón es 1368 veces mas pesado q electrón: imposible q los desaloje

• Chadwick contraataca– La radiación Berilio es enorme, pero carga eléctrica neutra– Su radiación desplazaba a todos los protones– Las energías protones desplazados demasiado importantes p ser causada por rayos

gamma– Nature: podemos renunciar a aplicar la teoría de conservación de al energía

• => será posible estudiar el núcleo de forma + profunda

Constante cosmológica• Astronomía: Ámbito apropiado descubrimientos física• Impacto Einstein

– Se pasa a pensar en universo en movimiento• Observación de galaxias y de movimientos

– Demuestra Universo en expansión o contracción • Metedura pata: modifica cálculos p evitar idea movimiento

• Alexander Friedmann: obliga recapacitar Einstein– Entorno familiar difícil: madre abandona a padre– Aprendizaje autodidacta- Da cuenta error a Einstein– Universo homogéneo y en constante expansión– Georges Lemaitre desarrolla sus ideas ”Constante”

• Nebulosas espirales– Manchas confusas en el cielo q permitían estudiar expansión– Su luz se desplazaba al extremo rojo del espectro– Efecto Doppler (1842): las ondas de luz y sonido cambian con la distancia

• Cuando un tren se acerca y se aleja, su sonido cambia• Al acercarse un foco, la luz es más azul, al alejarse se enrojece• 1922: Comprobado parcialmente en Arizona

– Tonos rojos y tnos azules en distintos extremos de las nebulosas examinadas

• Luz de Hubble• 1929: Hubble: telescopio + grande del mundo (L.A., reflector de 250 metros)

– Las nebulosas son galaxias enteras– “variables cefeidas”: astros cuyo brillo varía en intensidad de forma regular

» 1908: Henrietta Levitt: relación matematica et brillo estrella, tamaño y distancia tierra– Calculo distancia de unas veinte nebulosas

» Cuanto mas lejos está la galaxia, su luz es más roja• Efecto demostrado en miles de galaxias• Fama comparable a Einstein• Demuestra una de las teorías más sorprendentes

Química• Adelantos siglo XIX

– Cloruro– Acido sulfúrico– Tinte– Alemania sobrepasa a UK

• Linus Pauling– Permite comprender química, no solo memorizar– Naturaleza del enlace químico gobernada por física– Relación cristales peculiares y arquitectura moléculas– Desarrollo cristalografía Rayos X

• Walter Heitler y Fritz London– Vinculo electrones y longitudes one + reacciones químicas– Intercambio electrones:

• Al acercarse átomos de hidrógeno, se intercambian los electrones• Se produce un billón de veces por segundo• Cemento: enlace químico de longitud definida

• El intercambio determina la arquitectura de la molécula

Leyes de Pauling

• Primera explicacion atomica de propiedades observables

• Conocimiento empieza a reconciliarse tb en qumica – Elementos pueden agruparse de forma sistemática de acuerdo

con sus relaciones electrónicas– Propiedades químicas explican debilidad o fortaleza enlaces

• Mira: silicato q se rompe en láminas delgadas y transparentes– enlaces fuertes en dos direcciones y debiles en una tercera

• Talco: silicato con todos los enlaces débiles

• 1939 La naturaleza del enlace químico– Revoluciona forma de entender la quimica– Crucial par abiólogos moleculares posguerra IIGM

Reactor

• Frank Whittle– Autodidacta sobre aviación– Tesis sb avances diseño aeronautico– Vuelo aviones entonces: 240 km/h a 3.000m altura– Hay que alcanzar mayores alturas p evitar viento– Motores pistón gasolina ineficaces en altura– Turbina la solucion:

• eficacia aumenta a grandes alturas• El reactor debe ser algo circular• Mezcla aire y gasolina en compresor para ignición• Gas fluye en chorro p

– impulsar aparato aparato– Proporciona aire fresco a compreso y reiniciar proceso

• Si turbina y compresor en u mismo eje, solo una parte movil y mayor potencia q piston

Quien fabrica motor a reaccion

• Power Jets (1936)– Apoyo a construir reactor con fines comerciales– Compañía financiera q presta 20.000 £– Sociedad: Acciones como pago a Whittle– Contemporáneoa a aumento presupuesto Defensa

• Alemania ocupa zona desmilitarizada Rhile– Olvido suspicacias frente a posibilidades motor

Matemática• Hito en la Historia lógica y matemáticas

– Hay límites en la lógica y las matemáticas• -> frustración ¿porqué? ¿Hasta qué limites?

• Teorema de Gödel– No a la base irrefutable matemáticas– Resulta imposible conocer ciertas realidades– Matemáticas no derivan de un solo sistema lógico– Dificultades

• En cq sistema formal coherente, habrá siempre una oración imposible de demostrar y refutar• Coherencia de sistema forma de aritmética indemostrable desde el interior de dicho sistema

• Paradoja de Richard– Designación con números enteros definiciones sb matemáticas– Ser nº richardiano implica “no tener la propiedad designada por la definición con la que se

corresponde un número entero en el conjunto de definiciones seriadas”– Contradicción sobre el numero n

• Fracaso Bertrand Rusell y otros– Noe s factible crear sistema deductivo unitario– Imposible q numero pequeño de axiomas permitan deducir toda verdad matemática– Intuición matemática abierta Incompatible con la estructura de la física