10 descubrimientos alucinantes en física

10 descubrimientos alucinantes en física

El estudio de la física es el estudio del universo, y más específicamente, cómo funciona el universo. Es sin duda la rama más interesante de la ciencia, porque el universo, como resultado, es mucho más complicado de lo que parece en la superficie (y ya parece bastante complicado). El mundo funciona de maneras realmente extrañas, y aunque es posible que necesite un doctorado para entender por qué, solo necesita una sensación de asombro para apreciar cómo. Aquí hay diez de las cosas más sorprendentes que los físicos han descubierto sobre nuestro universo:

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El tiempo se detiene a la velocidad de la luz

Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, la velocidad de la luz nunca puede cambiar, siempre está atascada a aproximadamente 300,000,000 de metros/segundo, sin importar quién lo esté observando. Esto en sí mismo es lo suficientemente increíble, dado que nada puede moverse más rápido que la luz, pero sigue siendo muy teórico. La parte realmente genial de la relatividad especial es una idea llamada Time Dilation, que establece que cuanto más rápido pase, más lento pasa por usted en relación con su entorno. En serio, si vas a dar un paseo en tu automóvil durante una hora, habrás envejecido muy menos que si te hubieras sentado en casa en la computadora. Los nanosegundos adicionales que obtienes pueden no vale la pena el precio del gas, pero bueno, es una opción.

Por supuesto, el tiempo solo puede disminuir mucho, y la fórmula funciona para que si te mueves a la velocidad de la luz, el tiempo no se mueve en absoluto. Ahora, antes de salir y probar un esquema Get-Inmortal-Cick, solo tenga en cuenta que moverse a la velocidad de la luz no es realmente posible, a menos que esté hecho de luz. Técnicamente hablando, moverse tan rápido requeriría una cantidad infinita de energía (y por mi parte, no tengo ese tipo de jugo por ahí).

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Entrelazamiento cuántico

Muy bien, así que terminamos de aceptar que nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz? Bueno ... si y no. Si bien eso técnicamente sigue siendo cierto, al menos en teoría, resulta que hay una escapatoria en la rama de la física alucinante conocida como mecánica cuántica.

La mecánica cuántica, en esencia, es el estudio de la física a una escala microscópica, como el comportamiento de las partículas subatómicas. Estos tipos de partículas son imposiblemente pequeños, pero muy importantes, ya que forman los bloques de construcción para todo en el universo. Dejaré los detalles técnicos a un lado por ahora (se vuelve bastante complicado), pero puedes imaginarlos como canicas pequeñas, giratorias y con carga eléctrica. Bien, tal vez eso también sea un poco complicado. Solo roda con él (juego de palabras).

Entonces, digamos que tenemos dos electrones (una partícula subatómica con carga negativa). El enredo cuántico es un proceso especial que implica combinar estas partículas de tal manera que se vuelvan idénticos (canicas con el mismo giro y carga). Cuando esto sucede, las cosas se vuelven extrañas a partir de ahora, estos electrones se mantienen idénticos. Esto significa que si cambia uno de ellos, dádelo en la otra dirección: su gemelo reacciona exactamente de la misma manera. Instantáneamente. No importa dónde esté. Sin siquiera ti tocándolo. Las implicaciones de este proceso son enormes significa que la información (en este caso, la dirección del giro) se puede teletransportar en cualquier parte del universo.


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La luz se ve afectada por la gravedad

Pero volvamos a la luz por un minuto y hablemos sobre la teoría de la relatividad general esta vez (también por Einstein). Esta implica una idea llamada desviación de la luz, que es exactamente lo que parece, el camino de un rayo de luz no es del todo recto.

Extraño como suena, se ha demostrado repetidamente (Einstein incluso recibió un desfile en su honor por predecirlo adecuadamente). Lo que significa es que, aunque la luz no tiene ninguna masa, su camino se ve afectado por las cosas que hacen el sol. Entonces, si un rayo de luz de, por ejemplo, una estrella lejana pasa lo suficientemente cerca del sol, en realidad se doblará ligeramente a su alrededor. El efecto en un observador, como nosotros, es que vemos la estrella en un lugar diferente de cielo que en realidad (al igual que los peces en un lago nunca están en el lugar que parecen estar). Recuerda que la próxima vez que mires las estrellas, todo podría ser un truco de la luz.

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Materia oscura

Gracias a algunas de las teorías que ya hemos discutido (además de mucho que no lo hemos), los físicos tienen algunas formas bastante precisas de medir la masa total presente en el universo. También tienen algunas formas bastante precisas de medir la masa total que podemos observar, y aquí están los dos números que no coinciden.

De hecho, la cantidad de masa total en el universo es mucho mayor que la masa total que realmente podemos explicar. Los físicos se vieron obligados a encontrar una explicación para esto, y la teoría líder en este momento implica una materia oscura, una sustancia misteriosa que no emite luz y representa aproximadamente el 95% de la masa en el universo. Si bien no se ha demostrado formalmente que exista (porque no podemos verlo), la materia oscura está respaldada por una tonelada de evidencia y tiene que existir de una forma u otra para explicar el universo.


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Nuestro universo se está expandiendo rápidamente

Aquí es donde las cosas se vuelven un poco trippy, y para entender por qué, tenemos que volver a la teoría del Big Bang. Antes de que fuera un programa de televisión, The Big Bang Theory era una explicación importante del origen de nuestro universo. En la analogía más simple posible, funcionó como esta: el universo comenzó como una explosión. Los desechos (planetas, estrellas, etc.) se arrojaron en todas las direcciones, impulsados ​​por la enorme energía de la explosión. Debido a que todos estos escombros son tan pesados ​​y, por lo tanto, afectados por la gravedad de todo lo que está detrás de él, esperaríamos que esta explosión disminuya después de un tiempo.

No lo hace. De hecho, la expansión de nuestro universo se está volviendo más rápida con el tiempo, lo cual es tan loco como si arrojaras un béisbol que se volviera cada vez más rápido en lugar de volver al suelo (aunque no lo intentes en casa). Esto significa, en efecto, que el espacio siempre está creciendo. La única forma de explicar esto es con la materia oscura, o, con mayor precisión, la energía oscura, que es la fuerza impulsora detrás de esta aceleración cósmica. Entonces, ¿qué demonios es la energía oscura?? Bueno, esa es otra cosa interesante ..

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Toda la materia es solo energía

Es verdadero y la energía son solo dos lados de la misma moneda. De hecho, has conocido esta toda tu vida, si alguna vez has oído hablar de la fórmula e = mc^2. El E es para la energía, y el M representa la masa. La cantidad de energía contenida en una cantidad particular de masa está determinada por el factor de conversión C cuadrado, donde C representa el espera de la luz de la luz.

La explicación de este fenómeno es realmente bastante fascinante, y tiene que ver con el hecho de que la masa de un objeto aumenta a medida que se acerca a la velocidad de la luz (incluso a medida que el tiempo se desacelera). Sin embargo, es bastante complicado, por lo que para los propósitos de este artículo, simplemente le aseguraré que es cierto. Para pruebas (desafortunadamente), no busques más que bombas atómicas, que convierten cantidades muy pequeñas de materia en cantidades muy grandes de energía.


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Dualidad onda-partícula

Hablando de cosas que son otras cosas ..

A primera vista, las partículas (como un electrón) y las ondas (como la luz) no podrían ser más diferentes. Uno es una parte sólida de la materia, y la otra es un rayo de energía radiante, una especie de. Son manzanas y naranjas. Pero resulta que cosas como la luz y los electrones realmente no pueden limitarse a un estado de existencia, actúan como partículas y olas, dependiendo de quién esté mirando.

No en serio. Sé que suena ridículo (y sonará aún más loco cuando llegamos al número 1), pero hay evidencia concreta que demuestra que la luz es una ola, y otra evidencia concreta que demuestra que la luz es una partícula (ídem para electrones). Es solo ... ambos. Al mismo tiempo. No es una especie de estado intermediario entre los dos, te importa, físicamente, en el sentido de que puede ser. No se preocupe si eso no tiene mucho sentido, porque estamos de vuelta en el ámbito de la mecánica cuántica, y en ese nivel, al universo no le gusta tener sentido de todos modos.

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Todos los objetos caen a la misma velocidad

Calmemos las cosas por un segundo, porque la física moderna es mucho para asimilar a la vez. Eso es una buena física clásica demostró algunos conceptos geniales también.

Sería perdonado por suponer que los objetos más pesados ​​caen más rápido que los más ligeros, suena como sentido común, y además, sabe con certeza que una bola de boliche cae más rápidamente que una pluma. Y esto es cierto, pero no tiene nada que ver con la gravedad, la única razón por la que esto ocurre es porque la atmósfera de la Tierra proporciona resistencia. En realidad, como Galileo se dio cuenta por primera vez hace unos 400 años, la gravedad funciona igual en todos los objetos, independientemente de su masa. Lo que esto significa es que si repitieras el experimento de plumas/bolos en la luna (que no tiene atmósfera), golpearían el suelo al mismo tiempo.


2

Espuma cuántica

Muy bien, rompe. Las cosas se volverán raras de nuevo.

La cosa sobre el espacio vacío, pensarías, es que está vacío. Eso suena como una suposición bastante segura, está en el nombre, después de todo. Pero el universo, sucede, es demasiado inquieto para soportar eso, por lo que las partículas están constantemente apareciendo dentro y fuera de la existencia en todo el lugar. Se llaman partículas virtuales, pero no se equivocan, son reales y probados. Existen solo por una fracción de segundo, que es lo suficientemente larga como para infringir algunas leyes fundamentales de la física, pero lo suficientemente rápido como para que esto realmente no importe (como si robara algo de una tienda, pero lo vuelva a colocar en el estante. segundo después). Los científicos han llamado a este fenómeno 'espuma cuántica', porque aparentemente les recordó las burbujas cambiantes en la cabeza de un refresco.

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El experimento de doble corta

Así que recuerde hace unas entradas, cuando dije que todo era una ola y una partícula al mismo tiempo? Por supuesto que lo haces, has estado siguiendo meticulosamente. Pero aquí está la otra cosa, sabes por experiencia que las cosas tienen formas definitivas: una manzana en tu mano es una manzana, no algo extraño. Entonces, ¿qué hace que algo se convierta definitivamente en una partícula o una onda?? Resulta que lo hacemos.

El experimento de doble hendidura es lo más loco que leerá todo el día, y funciona como estos científicos configurando una pantalla con dos ranuras frente a una pared, y disparó un haz de luz a través de las ranuras para que puedan ver Donde golpea en la pared. Tradicionalmente, con la luz como una ola, exhibiría algo llamado patrón de difracción, y verías una banda de luz extendida por la pared. Ese es el valor predeterminado, si configuras el experimento en este momento, eso es lo que verías.

Pero no es así como las partículas reaccionarían a una doble hendidura, simplemente irían directamente para crear dos líneas en la pared que coinciden con las hendiduras. Y si la luz es una partícula, ¿por qué no exhibe esta propiedad en lugar de un patrón de difracción?? La respuesta es que sí, pero solo si queremos. Ver, como una onda, la luz viaja a través de ambas ranuras al mismo tiempo, pero como una partícula, solo puede viajar a través de una. Entonces, si queremos que actúe como una partícula, todo lo que tenemos que hacer es configurar una herramienta para medir exactamente qué brote de luz (llamado fotón) pasa. Piense en ello como una cámara: si se necesita una imagen de cada fotón a medida que pasa a través de una sola hendidura, entonces ese fotón no puede haber pasado a través de ambas rendijas y, por lo tanto, no puede ser una ola. Como resultado, el patrón de interferencia en la pared no aparecerá, las dos líneas. La luz habrá actuado como una partícula simplemente porque ponemos una cámara frente a ella. Cambiamos físicamente el resultado simplemente midiéndolo.

Se llama el efecto del observador, en general, y aunque es una buena manera de terminar este artículo, ni siquiera rasca la superficie de las locuras que se encuentran en la física. Por ejemplo, hay un montón de variaciones del experimento de doble hendidura que son aún más locos que el del que hablé aquí. Te animo a que los busques, pero solo si estás preparado para pasar todo el día atrapado en la mecánica cuántica.

MJ Alba te anima a seguirlo @mattjalba. Desea tener algo más interesante para promocionar aquí.