y de mentira en la ciencia televisiva?
Javier Olmedo Nieto
Instituto de Estructura de la Materia, CSIC
Semana de la Ciencia 12 de Noviembre de 2010
¿En qu ´e consiste esta charla?
1) los fen ´omenos de la naturaleza se pueden describir desde un
punto de vista f´ısico, tanto los observados diariamente como los m ´as inusuales en la vida cotidiana.
2) en TV se explotan aspectos propios de la f´ısica moderna,
consiguiendo escenas m ´as espectaculares, guiones originales, ...
3) nosotros vamos a analizar algunos de estos fen ´omenos
¿Qu ´e se pretende con esta actividad?
1) diferenciar qu ´e fen ´omenos son f´ısicamente aceptables y
cu ´ales no.
2) principalmente, explicar en cierto detalle todos aqu ´ellos que
realmente se observan en la naturaleza.
Las pel´ıculas/series que han llamado nuestra atenci ´on
son ...
1)Futurama 2)Los Simpson 3)The big Bang Theory
Futurama
Cap´ıtulo n◦ 12La ruta de todo mal de la3atemporada:
1)Viaje de ida y vuelta al “fin” del universo, ¡realizado en
tan solo 1 semana!
2) Proyecto de clase de Cubert y Dwight que consiste en un
Futurama
Cap´ıtulo n◦ 12La ruta de todo mal de la3atemporada:
1)Viaje de ida y vuelta al “fin” del universo, ¡realizado en
tan solo 1 semana!
2) Proyecto de clase de Cubert y Dwight que consiste en un
agujero negro.
Cap´ıtulo 6Especial de Halloween de los Simpson VI
de la7a temporada:
Futurama: ¡14000 millones de a ˜nos-luz en 1 semana!
a)Velocidad de la luz:c=3·105(km/s)
b)Distancia recorrida:D=2·14000(m.a.l.)'2.65·1023(km)
c)Tiempo de viaje:T =6.05·105(s)
Futurama: ¡14000 millones de a ˜nos-luz en 1 semana!
a)Velocidad de la luz:c=3·105(km/s)
b)Distancia recorrida:D=2·14000(m.a.l.)'2.65·1023(km)
c)Tiempo de viaje:T =6.05·105(s)
d)Velocidad del viaje:V = DT '2.19·1017(km/s)
¡Han viajado a una velocidad
superior a la de la luz!
Futurama: ¡14000 millones de a ˜nos-luz en 1 semana!
a)Velocidad de la luz:c=3·105(km/s)
b)Distancia recorrida:D=2·14000(m.a.l.)'2.65·1023(km)
c)Tiempo de viaje:T =6.05·105(s)
d)Velocidad del viaje:V = DT '2.19·1017(km/s)
¡Han viajado a una velocidad
superior a la de la luz!
¡V
>>
c!
No problem! En 2028 se
incrementa la velocidad de
la luz.
Relatividad
¡Aprovechemos para repasar
la
Relatividad
...
Especial
y
Relatividad
¡Aprovechemos para repasar
la
Relatividad
...
Especial
y
Pero antes ...
... tenemos que definir y recordar:
1)Observador inercial: observador que se mueve a velocidad cons-tante (en adelante solo consideraremos estos observadores).
2)Suceso: algo que ocurre en un instante y lugar determinado (por ejemplo la emisi ´on o recepci ´on de un rayo de luz).
Relatividad Galileana vs. Einsteniana
Seg ´un Galileo:
1) el tiempo, y el espacio para sucesos simult ´aneos (longitudes),
son absolutos (independiente de qui ´en lo mida).
2)el espacio es relativo para sucesos no simult ´aneos (depende de
qui ´en lo mide).
3)la inercia de un cuerpo es absoluta (solo depende de su masa).
Seg ´un Einstein:
1)el espacio y el tiempo son relativos (dependen de qui ´en lo mide).
2)la inercia de un cuerpo es relativa (su masa depende de su
ener-g´ıa).
Relatividad Galileana
Si nos montamos en una nave a velocidadv(<<
c, Galileo≡Einstein), ¿c ´omo ver´ıamos los obje-tos en reposo?
En la p ´agina web http://www.adamauton.com/warp/ podemos en-contrar un simulador, creado por Adam Auton, que nos puede servir para entender el comportamiento de la cinem ´atica de los cuerpos.
Relatividad Especial (contracci ´on de longitudes)
¿C ´omo se miden las longitudes? (sucesos simult ´aneos)1)medimos en un detector dos rayos de luz simult ´aneos emitidos
desde los extremos de un objeto de longitudL(foto instant ´anea).
2)para un objeto en reposo con respecto al detector: dos rayos de
luz simult ´aneos con respecto al detector tambi ´en lo son con respec-to al objerespec-to, salvo un tiempoL/c.
3)para un objeto en movimiento con respecto al detector: dos rayos
de luz simult ´aneos con respecto al detector (salvo el lapsoL/c) no lo son con respecto al objeto.
Consecuencias: la longitud de un objeto en reposo y en movimiento ¡es diferente!
Si nos montamos en una nave a velocidadv∼c,
Relatividad (contracci ´on de longitudes)
¿Y c ´omo ver´ıamos la nave si nosotros fu ´eramos la tetera?
Relatividad Especial (dilataci ´on temporal)
¿Y qu ´e pasa con la dilataci ´on temporal? Podemos entenderlo con un experimento sencillo:
1)imaginemos dos naves que viajan a la misma velocidad y con la
misma direcci ´on por el espacio.
2)una dispara un rayo de luz hacia la otra de tal modo que rebota
y vuelve a la primera nave.
3)consideremos, adem ´as, un observador colocado en un asteroide,
Relatividad Especial (dilataci ´on temporal)
¿Y qu ´e pasa con la dilataci ´on temporal? Podemos entenderlo con un experimento sencillo:
1)imaginemos dos naves que viajan a la misma velocidad y con la
misma direcci ´on por el espacio.
2)una dispara un rayo de luz hacia la otra de tal modo que rebota
y vuelve a la primera nave.
3)consideremos, adem ´as, un observador colocado en un asteroide,
en “reposo” con respecto a las naves.
En resumen ...
... ¿qu ´e est ´a ocurriendo?:
1) medici ´on de longitudes a trav ´es de rayos emitidos en puntos
diferentes y recibidos simult ´aneamente.
2) el tiempo es medido con relojes que utilizan rayos de luz
(interacciones electromagn ´eticas) para funcionar.
Conclusi ´on: nuestro espacio y nuestro tiempo depende del obser-vador.
Relatividad General
La Relatividad General es mucho m ´as complicada:
1)descripci ´on geom ´etrica de la interacci ´on gravitatoria satisfactoria (principio de equivalencia).
2)curvatura del espaciotiempo = energ´ıa contenida en el mismo.
Aqu´ı no vamos a explicar la Relatividad General, pero s´ı podemos resumir sus consecuencias.
Relatividad General (evidencias experimentales)
Deflexi ´on de la luz cerca de objetos masivos:La trayectoria de un rayo de luz se curva al pasar cerca de un objeto masivo.
Variaci ´on del perihelio de Mercurio: La Rela-tividad General predice una variaci ´on con el tiempo del perihelio de una ´orbita. La gravedad Newtoniana dice que debe ser nula.
Dilataci ´on gravitacional del tiempo:Los rayos de luz se desplazan con “dificultad” dentro de un campo gravitatorio. Los relojes funcionan m ´as despacio.
Relatividad General (evidencias experimentales)
Efecto Shapiro: Los rayos de luz se frenan en presencia de gravedad.
Ondas gravitatorias:La gravedad se puede com-portar como una onda (Coalescencia de agu-jeros negros, sistemas binarios, ...)
Relatividad General
Agujeros Negros: Agujeros Negros: FuturamaRelatividad General: expansi ´on del universo
Otro caso que la RG contempla y que es capaz de dar explicaci ´on es la expansi ´on del universo...
The big bang theory
Cap´ıtulo n◦ 6 El paradigma de la tierra media de la 1a
temporada:
1)El personaje Sheldon va a una fiesta de disfraces de
The big bang theory
Cap´ıtulo n◦ 6 El paradigma de la tierra media de la 1a
temporada:
1)El personaje Sheldon va a una fiesta de disfraces de
una manera muy peculiar ...
V´ıdeo ...
Efecto Doppler
El Efecto Doppler se define como... el cambio en la frecuencia de
una onda para un observador en movimiento relativo respecto a la fuente emisora ...
Sif0es la frecuencia de emisi ´on,fla de recepci ´on,vla velocidad de la onda en el medio,vrla del receptor yvf la velocidad de la fuente,
entonces
f = v+vr v+vf
Efecto Doppler: observaciones cotidianas
sirenas de los servicios de emergencias:
Efecto Doppler: observaciones cotidianas
sirenas de los servicios de emergencias:
Efecto Doppler: observaciones cotidianas
sirenas de los servicios de emergencias:
http://www.youtube.com/watch?v=imoxDcn2Sgo
carreras de F ´ormula 1:
Efecto Doppler: observaciones cotidianas
sirenas de los servicios de emergencias:
http://www.youtube.com/watch?v=imoxDcn2Sgo
carreras de F ´ormula 1:
Efecto Doppler: observaciones cotidianas
sirenas de los servicios de emergencias:
http://www.youtube.com/watch?v=imoxDcn2Sgo
carreras de F ´ormula 1:
http://www.youtube.com/watch?v=fUuviW BfUM&feature=related
una bicicleta:
Efecto Doppler: observaciones cotidianas
sirenas de los servicios de emergencias:
http://www.youtube.com/watch?v=imoxDcn2Sgo
carreras de F ´ormula 1:
http://www.youtube.com/watch?v=fUuviW BfUM&feature=related
una bicicleta:
Efecto Doppler: futura campa ˜na de la DGT
... Si esta pegatina est ´a azul, entonces est ´as conduciendo demasia-do r ´apidemasia-do ...
Nota:American Physical Societyes la asociaci ´on fundadora de la revistaPhysical Review, donde publicamos muchos de nuestros resultados ... (cortes´ıa de Dani Mart´ın. No confundir con el deEl Canto del Loco.)
Efecto Doppler en astronom´ıa y cosmolog´ıa
La interacci ´on gravitatoria es responsable de:
1)desplazamiendo al rojo gravitacional: un rayo de luz que se
aden-tra en un campo gravitatorio sufre un desplazamiento hacia el azul (en frecuencias). Si se aleja, el desplazamiento es hacia el rojo.
∆f = GMf c2 1 r2 − 1 r1
2)desplazamiendo al rojo cosmol ´ogico: un rayo de luz viajando por
el universo sufre un desplazamiento al rojo debido a la expansi ´on del espaciotiempo. (El desplazamiento ser´ıa al azul en caso de con-tracci ´on) ∆f =−f a(t2)−a(t1) a(t1)
La hora de Jos ´e Mota
Cap´ıtulo 10 de la2a temporada:
1)Uno de sus personajes, Blasa, una cient´ıfica de
prestigio internacional, nos cuenta su teor´ıa sobre el universo.
La hora de Jos ´e Mota
Cap´ıtulo 10 de la2a temporada:
1)Uno de sus personajes, Blasa, una cient´ıfica de
prestigio internacional, nos cuenta su teor´ıa sobre el universo.
V´ıdeo ...
http://www.rtve.es/mediateca/videos/20100320/horajosemota --blasa-punset/724695.shtml
Universo en expansi ´on: or´ıgenes
1)en 1912 Vesto Slipher mide el primer desplazamiento al rojo de
una nebulosa. En poco tiempo se observa lo mismo en la mayor´ıa de ellas.
2) 1922 es el a ˜no en que Alexander Friedmann deriva (desde la
RG) las ecuaciones del universo, mostrando que no es est ´atico
(contrariamente a lo que se pensaba).
3) Georges Lemaˆıtre, en 1927, sugiere que esas observaciones
son consecuencia de la expansi ´on del universo deducida por Fried-mann; y que, si uno invierte el tiempo, todo el universo debi ´o estar
concentrado en una regi ´on de volumenf´ısiconulo(Big Bang).
Medida auxi-liar (sistema coordenado) ⇒ ! × a(t) |{z} factor escala Medida f´ısica
Universo en expansi ´on: or´ıgenes
5)Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle en 1948 proponen
la teor´ıa del estado estacionario: el universo tiene la misma apariencia desde todo punto del espacio y del tiempo. Requisito: creaci ´on de materia de forma continua para compensar la dismin-uci ´on de la densidad debido a la expansi ´on. Desafortunadamente ninguna evidencia experimental ha podido probar esta propuesta.
6) George Gamow, y sus colaboradores Ralph Alpher y Robert
Herman, en ese mismo a ˜no, introducen lanucleos´ıntesis primordial
y predicen laradiaci ´on de fondo de microondas.
7) el fondo c ´osmico de microondas es observado
accidental-mente en 1964 por Arno Penzias y Robert Wilson.
El modelo de Big Bang es acep-tado como candidato a explicar el origen del universo.
Universo en expansi ´on: or´ıgenes
5)Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle en 1948 proponen
la teor´ıa del estado estacionario: el universo tiene la misma apariencia desde todo punto del espacio y del tiempo. Requisito: creaci ´on de materia de forma continua para compensar la dismin-uci ´on de la densidad debido a la expansi ´on. Desafortunadamente ninguna evidencia experimental ha podido probar esta propuesta.
6) George Gamow, y sus colaboradores Ralph Alpher y Robert
Herman, en ese mismo a ˜no, introducen lanucleos´ıntesis primordial
y predicen laradiaci ´on de fondo de microondas.
7) el fondo c ´osmico de microondas es observado
accidental-mente en 1964 por Arno Penzias y Robert Wilson.
El modelo de Big Bang es acep-tado como candidato a explicar el origen del universo.
Universo en expansi ´on: fondo c ´osmico de microondas
El fondo c ´osmico de microondas es una radiaci ´on con unas caracter´ısticas especiales:1) su contribuci ´on principal se encuentra en el rango de las
microondas (160.2 GHz ´o 1.9 mm)
2)proviene de todas las direccionescasi de la misma manera.
3) existen peque ˜nas anisotrop´ıas e inhomogeneidades.
Actual-mente se interpretan como peque ˜nas fluctuaciones de origen cu ´antico.
4)esas leves modificaciones se ajustan muy bien a las
La hora de Jos ´e Mota
Cap´ıtulo 2 de la2atemporada:
1) Como no sabemos a ´un mucho sobre f´ısica
cu ´antica, dejemos que Blasa nos haga un peque ˜no resumen ...
La hora de Jos ´e Mota
Cap´ıtulo 2 de la2atemporada:
1) Como no sabemos a ´un mucho sobre f´ısica
cu ´antica, dejemos que Blasa nos haga un peque ˜no resumen ...
V´ıdeo ...
http://www.rtve.es/mediateca/videos/20100125/hora-jose-mota-redes-blasa/676501.shtml
F´ısica cu ´antica: Descripci ´on microsc ´opica
1) Max Planck en 1900 hace la siguiente hip ´otesis mientras
es-tudiaba la radiaci ´on del cuerpo negro: la energ´ıa es absorbida
y radiada en cuantos o paquetes de energ´ıa: E = hν, siendo
h=6.62606896(33)×10−34(Js)la constante de Planck.
2)En 1905 Albert Einstein propone la dualidad onda-part´ıcula de la
luz para dar explicaci ´on alefecto fotoel ´ectrico.
3) A partir de este momento se estudia la anomal´ıa del calor
espec´ıfico de los s ´olidos, el ´atomo de hidr ´ogeno, espectros de rotaci ´on y vibraci ´on de mol ´eculas, el spin de los electrones, ...
F´ısica cu ´antica: Descripci ´on microsc ´opica
4)1924 es el a ˜no en que Louis de Broglie propone la misma
duali-dad para la materia.
F´ısica cu ´antica: Descripci ´on microsc ´opica
4)1924 es el a ˜no en que Louis de Broglie propone la misma
duali-dad para la materia.
F´ısica cu ´antica: Descripci ´on microsc ´opica
4)1924 es el a ˜no en que Louis de Broglie propone la misma
duali-dad para la materia.
http://www.youtube.com/watch?v=DfPeprQ7oGc
5)Erwin Schr ¨odinger formula una ecuaci ´on de movimiento para las
ondas materiales en 1925.
6) En 1927 Werner Heisenberg desarrolla el Principio de
Incer-tidumbre.
F´ısica cu ´antica: Descripci ´on microsc ´opica
4)1924 es el a ˜no en que Louis de Broglie propone la misma
duali-dad para la materia.
http://www.youtube.com/watch?v=DfPeprQ7oGc
5)Erwin Schr ¨odinger formula una ecuaci ´on de movimiento para las
ondas materiales en 1925.
6) En 1927 Werner Heisenberg desarrolla el Principio de
Incer-tidumbre.
Sistemas cu ´anticos
1)Oscilador arm ´onico: estados de energ´ıa definida.
Sistemas cu ´anticos
1)Oscilador arm ´onico: estados de energ´ıa definida.
Sistemas cu ´anticos
2)Oscilador arm ´onico: evoluci ´on.
Sistemas cu ´anticos
2)Oscilador arm ´onico: evoluci ´on.
Relatividad General y F´ısica Cu ´antica
¿Qu ´e tiene que ver la f´ısica cu ´antica con “Gravedad y Cosmolog´ıa”?
1)Todas las interacciones, salvo la gravedad, se pueden explicar a
nivel cu ´antico.
2)La Relatividad General es una
teor´ıa cl ´asica, siendo incompati-ble con la mec ´anica cu ´antica.
3) Existen actualmente varios
formalismos candidatos que
in-tentan resolver este
“proble-ma”: teor´ıa de cuerdas, gravedad cu ´antica de lazos, ...
Relatividad General y F´ısica Cu ´antica
¿A qu ´e se podr´ıa dar explicaci ´on?
1)A algunas de las propiedades
del fondo c ´osmico de microon-das
Relatividad General y F´ısica Cu ´antica
¿A qu ´e se podr´ıa dar explicaci ´on?
1)A algunas de las propiedades
del fondo c ´osmico de microon-das
2)Al origen del universo
En resumen
1)Hemos aprendido relatividad especial:
a)contracci ´on de longitudes.
b)dilataci ´on temporal.
2)Adem ´as se ha explicado la relatividad general.
3)Se ha entendido qu ´e es el efecto Doppler.
4) Y gracias a ´el y a la relatividad general entendemos mejor la
evoluci ´on y el origen del universo.
5) Blasa nos ha ayudado a explicar los principios de la mec ´anica
cu ´antica ...
6)...dando cabida a novedosos paradigmas que podr´ıan ayudarnos
a profundizar en el posible comportamiento que tuvo el universo en sus inicios.
