Una breve historia de la Una breve historia de la físicafísica

Alfredo Aranda FernándezAlfredo Aranda FernándezFacultad de CienciasFacultad de Ciencias

Universidad de ColimaUniversidad de Colima

Instituto HeisenbergInstituto Heisenberg

Historia de la físicaHistoria de la física

Nuestra historia empieza Nuestra historia empieza con la experimentación con la experimentación GALILEOGALILEO

Nos enseña que lo Nos enseña que lo importante es realizar importante es realizar EXPERIMENTOSEXPERIMENTOS

Es la única manera de Es la única manera de obtener un conocimiento obtener un conocimiento acerca de la naturalezaacerca de la naturaleza

Kepler y las matemáticasKepler y las matemáticas

ReproduciendoReproduciendo observaciones observaciones

Leyes de movimientoLeyes de movimiento planetario planetario

¿Explicó el porqué del ¿Explicó el porqué del movimiento observado?movimiento observado?

¿Porqué se mueven las cosas?¿Porqué se mueven las cosas?

¿Qué significa ¿Qué significa entenderentender??

Poder explicar cómo y Poder explicar cómo y porqué sucede lo que porqué sucede lo que sucedesucede

Poder predecir Poder predecir CuantitativamenteCuantitativamente lo lo que sucederáque sucederá

NEWTON!!!!! NEWTON!!!!!

PrediccionesPredicciones

Describir Describir cuantitativamentecuantitativamente lo lo que sucederáque sucederá

Cómo evoluciona en el Cómo evoluciona en el tiempo un cierto sistematiempo un cierto sistema

ECUACIÓN ECUACIÓN DIFERENCIALDIFERENCIAL

GravedadGravedad

Fuerza de Fuerza de gravedad gravedad ExplicaExplica el movimiento el movimiento de los astrosde los astros ExplicaExplica el movimiento el movimiento

de los de los objetos en la superficie objetos en la superficie

terrestreterrestre ExplicaExplica las leyes de las leyes de

KeplerKepler Poder de predicción!!!!!Poder de predicción!!!!!

Más fuerzas……Más fuerzas……

Fenómenos eléctricosFenómenos eléctricos FUERZA ELÉCTRICAFUERZA ELÉCTRICA Fenómenos magnéticosFenómenos magnéticos FUERZA MAGNÉTICAFUERZA MAGNÉTICA ES LO MISMO!!!!ES LO MISMO!!!! Maxwell y el Maxwell y el

electromagnetismoelectromagnetismo

Física ClásicaFísica Clásica

Hasta finales del siglo XIX la física avanzó de Hasta finales del siglo XIX la física avanzó de manera importante bajo la manera importante bajo la direccióndirección de de NewtonNewton

A través de la A través de la fuerza gravitacionalfuerza gravitacional y la y la fuerza electromagnéticafuerza electromagnética era posible explicar era posible explicar todos los fenómenos físicos conocidostodos los fenómenos físicos conocidos

¿Cuáles eran las dudas o problemas?¿Cuáles eran las dudas o problemas?

Problemas con la Física ClásicaProblemas con la Física Clásica

Problemas Problemas experimentalesexperimentales

Problemas Problemas conceptualesconceptuales

Problemas ExperimentalesProblemas Experimentales

Conforme mejora la tecnología se empieza a Conforme mejora la tecnología se empieza a observar y a experimentar con el mundo observar y a experimentar con el mundo microscópicomicroscópico

¿Qué se empieza a observar?¿Qué se empieza a observar? Que la física clásica no puede explicar lo Que la física clásica no puede explicar lo

observado!!!observado!!! Los resultados son Los resultados son completamente diferentescompletamente diferentes

a las predicciones!!!!a las predicciones!!!!

Problemas ConceptualesProblemas Conceptuales

Se empiezan a cuestionar algunas de las Se empiezan a cuestionar algunas de las concepciones básicasconcepciones básicas dentro de la formulación dentro de la formulación Newtoniana.Newtoniana.

EspacioEspacio TiempoTiempo Las matemáticas indican algo distinto!!!Las matemáticas indican algo distinto!!!

Mecánica cuánticaMecánica cuántica

Surge una nueva física Surge una nueva física que describe el mundo que describe el mundo microscópico.microscópico.

Mecánica cuánticaMecánica cuántica Erwin SchrödingerErwin Schrödinger Werner HeisenbergWerner Heisenberg

Mecánica cuánticaMecánica cuántica

Sólo podemos predecir Sólo podemos predecir probabilidadesprobabilidades El mundo microscópico es El mundo microscópico es muy distintomuy distinto al al

macroscópico y nuestras nociones clásicas macroscópico y nuestras nociones clásicas (macroscópicas) de partículas, ondas, etc. (macroscópicas) de partículas, ondas, etc. No No son aplicables como talesson aplicables como tales

Es el comportamiento Es el comportamiento colectivocolectivo de un de un gran gran número de entes microscópicosnúmero de entes microscópicos lo que se lo que se manifiesta macroscópicamentemanifiesta macroscópicamente

Relatividad especialRelatividad especial

Un nuevo concepto del Un nuevo concepto del espacioespacio y y del del tiempotiempo

Antes considerados como Antes considerados como absolutos, es decir, inmutables, absolutos, es decir, inmutables, ahora son entidades dinámicas ahora son entidades dinámicas que que pueden modificarsepueden modificarse..

Albert EinsteinAlbert Einstein: : – Las leyes de la naturaleza son Las leyes de la naturaleza son

las mismas en todos ladoslas mismas en todos lados

– la luz viaja a una velocidad la luz viaja a una velocidad constante e independiente del constante e independiente del marco de referenciamarco de referencia

Consecuencias para la FísicaConsecuencias para la Física

Todas las teorías físicas tienen que ser Todas las teorías físicas tienen que ser consistentes con la consistentes con la mecánica cuánticamecánica cuántica y con la y con la relatividad especialrelatividad especial

Nuevos experimentos determinan que además Nuevos experimentos determinan que además existen al menos otras dos fuerzas!!existen al menos otras dos fuerzas!!

Nuclear débilNuclear débil Nuclear FuerteNuclear Fuerte GRAN CRISIS!!!!!!!!!!!GRAN CRISIS!!!!!!!!!!!

Consecuencias para la FísicaConsecuencias para la Física

Se logra hacer una teoría Se logra hacer una teoría electromagnética electromagnética consistenteconsistente con la con la relatividad especial y la relatividad especial y la mecánica cuántica!!!!mecánica cuántica!!!!

Surge la electrodinámica Surge la electrodinámica cuántica cuántica QEDQED

Paul A.M. DiracPaul A.M. Dirac

UnificaciónUnificación

Se empieza a entender a Se empieza a entender a fondo la fondo la fuerza nuclear fuerza nuclear débildébil

Enrico FermiEnrico Fermi Empieza a surgir Empieza a surgir

evidencia de que las evidencia de que las diferentes fuerzas tienen diferentes fuerzas tienen similitudessimilitudes

Richard FeynmanRichard Feynman

UnificaciónUnificación

Se logra generar un Se logra generar un marco teóricomarco teórico que incluye que incluye a el a el electromagnetismoelectromagnetismo, la fuerza, la fuerza nuclear nuclear débildébil y la fuerza y la fuerza nuclear fuertenuclear fuerte

Consistente con la relatividad especial y con la Consistente con la relatividad especial y con la mecánica cuánticamecánica cuántica

El modelo estándar de las partículas El modelo estándar de las partículas fundamentalesfundamentales

ParticipantesParticipantes

Steven WeinbergSteven Weinberg (Universidad de Texas)(Universidad de Texas)

Abdus SalamAbdus Salam (ICTP, Italia) (ICTP, Italia)

Sheldon GlashowSheldon Glashow (Universidad de Boston)(Universidad de Boston)

¿Y la gravedad?.....¿Y la gravedad?.....

La teoría de la gravedad Newtoniana no es La teoría de la gravedad Newtoniana no es compatible con las relatividad especial ni con compatible con las relatividad especial ni con la mecánica cuántica.la mecánica cuántica.

En 1916 Albert Einstein presenta una nueva En 1916 Albert Einstein presenta una nueva teoría de la gravedad, la teoría de la gravedad, la Relatividad GeneralRelatividad General

Aún no consistente con la mecánica Aún no consistente con la mecánica cuántica!!!!!cuántica!!!!!

Partículas fundamentalesPartículas fundamentales

Bloques fundamentales a partir de los cuales Bloques fundamentales a partir de los cuales TODOTODO está formado!!!! está formado!!!!

Fundamental: Sin estructura internaFundamental: Sin estructura interna Aire, Agua, Viento, FuegoAire, Agua, Viento, Fuego Átomos Átomos Y luego …..Y luego …..

Partículas fundamentalesPartículas fundamentales

Se descubre que el átomo es Se descubre que el átomo es divisibledivisible

ElectrónElectrón y núcleo atómico y núcleo atómico Se descubre que el núcleo es Se descubre que el núcleo es

divisibledivisible Protón y neutrón Protón y neutrón Se descubre que tanto el Se descubre que tanto el

protón como el neutrón son protón como el neutrón son divisibles!!!! divisibles!!!!

QuarksQuarks

Partículas fundamentalesPartículas fundamentales

Entonces tenemosEntonces tenemos

Partículas fundamentalesPartículas fundamentales

Cómo aceleramos?Cómo aceleramos?

Aceleradores de Aceleradores de partículaspartículas

ColisionesColisiones

Resumiendo…..Resumiendo…..

Hasta el momento Hasta el momento conocemosconocemos

Y qué?Y qué?

Qué sabemos?Qué sabemos?

En este momento podemos describir todos los En este momento podemos describir todos los procesos que suceden en los aceleradores con procesos que suceden en los aceleradores con un gran nivel de precisiónun gran nivel de precisión

Tenemos un entendimiento del Tenemos un entendimiento del universouniverso

Cómo es el universo?Cómo es el universo?

Dimensiones extrasDimensiones extras

Las teorías actuales son muy exitosas, sin Las teorías actuales son muy exitosas, sin embargo, aún existen muchos problemas sin embargo, aún existen muchos problemas sin solución!solución!

No entendemos las masas de las partículas!!No entendemos las masas de las partículas!! No hemos descubierto el No hemos descubierto el HiggsHiggs No entendemos que pasa con la gravedad a No entendemos que pasa con la gravedad a

escalas microscópicas!!escalas microscópicas!! En cuántas dimensiones vivimos?En cuántas dimensiones vivimos?

Dimensiones extrasDimensiones extras

Dimensiones extrasDimensiones extras

Estamos tratando de encontrar una manera en Estamos tratando de encontrar una manera en que las partículas que serán aceleradas y que las partículas que serán aceleradas y colisionadas en el CERN puedan identificar si colisionadas en el CERN puedan identificar si existen existen más de cuatro dimensionesmás de cuatro dimensiones

Cómo investigamos?Cómo investigamos?

Desarrollamos nuestras ideas sobre estos problemas en Desarrollamos nuestras ideas sobre estos problemas en teorías teorías formuladas matemáticamenteformuladas matemáticamente

Intentamos resolver estas teorías utilizando diversas técnicas: Intentamos resolver estas teorías utilizando diversas técnicas: – con con papel y lápizpapel y lápiz– con con técnicas computacionalestécnicas computacionales desarrolladas por nosotros desarrolladas por nosotros

específicamente para esos problemasespecíficamente para esos problemas– Con una alta cantidad de Con una alta cantidad de cafécafé– Con la suficiente Con la suficiente inspiracióninspiración

En la En la soluciónsolución participan participan estudiantesestudiantes, , colaboradores externos colaboradores externos y localesy locales y algo de y algo de suertesuerte!!

A qué queremos llegar?A qué queremos llegar?

El propósito fundamental de un científico es el El propósito fundamental de un científico es el de de aportar nuevo conocimientoaportar nuevo conocimiento

En la actualidad los científicos tienen que En la actualidad los científicos tienen que publicar en publicar en revistas científicas arbitradasrevistas científicas arbitradas para poder decir que para poder decir que están haciendo algo!!!están haciendo algo!!!

ColimaColima

Paolo AmorePaolo AmorePh D Física, Università degli studi di Ph D Física, Università degli studi di Torino (1999) y College of William Torino (1999) y College of William an Mary (2000)an Mary (2000)

Física NuclearFísica Nuclear Física no linealFísica no lineal

ColimaColima

Alfredo Aranda Alfredo Aranda FernándezFernández

Ph D Física, College of William Ph D Física, College of William an Mary (2001)an Mary (2001)

Física de partículasFísica de partículas

ColimaColima

Elena CáceresElena Cáceres

Ph D Física, University of Texas Ph D Física, University of Texas at Austin (1996)at Austin (1996)

Teoría de cuerdasTeoría de cuerdas

ColimaColima

Christoph HofmannChristoph Hofmann

Ph D Física, Universität Bern Ph D Física, Universität Bern (1997)(1997)

Materia condensadaMateria condensada BiofísicaBiofísica

ColimaColima

Juan Reyes GómezJuan Reyes GómezPh D Física, Universidad de Ph D Física, Universidad de Guadalajara (2005)Guadalajara (2005)

Estado SólidoEstado Sólido

ColimaColima

Cesar TerreroCesar TerreroPh D Física, CINVESTAV (2001)Ph D Física, CINVESTAV (2001)

CosmologiaCosmologia

GRACIAS

Cómo vemos?Cómo vemos?

Cómo vemos?Cómo vemos?

Para ver cosas pequeñas necesitamos Para ver cosas pequeñas necesitamos aventar cosas más pequeñasaventar cosas más pequeñas

Entre más aceleremos una partícula, Entre más aceleremos una partícula, ésta será mas pequeñaésta será mas pequeña