Resumen del libro Siete breves lecciones de física por Carlo Rovelli (Seven Brief Lessons on Physics)

Resumen del libro Siete breves lecciones de física por Carlo Rovelli (Seven Brief Lessons on Physics)

Resumen corto: Seven Brief Lessons on Physics (2014) o en espa√Īol Siete breves lecciones de f√≠sica. Es una gu√≠a sobre c√≥mo llegamos a los dos pilares de la f√≠sica moderna: la teor√≠a de la relatividad general de Einstein y la mec√°nica cu√°ntica.¬†

¬ŅQui√©n es Carlo Rovelli?

Carlo Rovelli es un físico teórico que ha realizado importantes contribuciones a la física del espacio y el tiempo. Actualmente dirige el grupo de investigación sobre gravedad cuántica del Centre de Physique Théorique en Marsella, Francia. Rovelli es el autor de La realidad no es lo que parece y El orden del tiempo.

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Los comienzos de la física

En la segunda mitad del siglo XX, la mecánica cuántica y la relatividad general se utilizaron para comprender tanto el macrocosmos del universo como el microcosmos de átomos y partículas.

Comencemos con la vista macro y cómo la relatividad general mejoró nuestra comprensión del universo.

Los primeros griegos, hace unos 26 siglos, consideraban que el mundo era un lugar plano, con un cielo arriba. Pero luego vino Anaximandro, un pensador griego que reconoció que el cielo no podía ser plano.

A esta le siguieron más observaciones como las de Parménides y Pitágoras. Sugirieron que la Tierra no era plana sino una esfera y que los planetas y las estrellas del cielo giran alrededor de la Tierra.

No fue hasta el final de la Edad Media que Cop√©rnico comenz√≥ a cambiar esta visi√≥n centrada en la Tierra cuando puso el sol en el centro, con la Tierra y el resto de estrellas y planetas girando a su alrededor. En ese momento, los telescopios estaban aumentando el poder de nuestras observaciones y conocimiento del cosmos. De hecho, parec√≠a como si la Tierra, e incluso todo nuestro sistema solar, fuera una peque√Īa parte de una galaxia llena de miles de millones de estrellas.

A principios del siglo XX, los físicos descubrieron que toda nuestra galaxia era una nube de polvo en un vasto universo de galaxias.

Y fue aqu√≠ donde Einstein cambi√≥ nuestra percepci√≥n del espacio, de ser plano, como la tranquila superficie del oc√©ano, a ser curvo, como la superficie ondulada de un oc√©ano. Einstein predijo que estas ondas podr√≠an acumular masa densamente para crear huecos en la superficie, que eventualmente se conocer√≠an como agujeros negros. 

Finalmente, nuestras observaciones del universo revelaron que se est√° expandiendo lentamente. Y al revertir esta expansi√≥n, pudimos determinar que alguna vez fue un punto peque√Īo, caliente y densamente cultivado que explot√≥, creando el gran ballet c√≥smico que vemos hoy.

La huella de Einstein

Despu√©s de graduarse de la Polit√©cnica de Z√ļrich en 1900, Albert Einstein, de veinti√ļn a√Īos, encontr√≥ escasas sus perspectivas laborales. Se hab√≠a graduado casi como el √ļltimo de su promoci√≥n, casi con certeza eliminando la posibilidad de ser profesor de universidad. 

Pero esto fue mas una bendici√≥n que un problema para Einstein. Su bajo rendimiento acad√©mico no se deb√≠a a su falta de capacidades, sino a sus dificultades con el sistema. Limitaban demasiado los temas como para permitirle saciar su curiosidad. 

Feliz de estar lejos de la universidad, su objetivo era investigar por su cuenta, ciertos problemas de f√≠sica que lo hab√≠an fascinado durante varios a√Īos. Ser√≠a un periodo de autodescubrimiento en la resoluci√≥n de problemas y experimentos mentales. Pero mientras tanto, tendr√≠a que ganarse la vida. 

Entre sus pocas opciones, estaban un trabajo en el negocio de d√≠namo de su padre en Mil√°n como ingeniero, pero este trabajo no le dejaba tiempo libre. Un puesto bien pagado en una compa√Ī√≠a de seguros, pero eso oxidar√≠a sus capacidades de resoluci√≥n de problemas, y agotar√≠a su energ√≠a para pensar.

Por suerte, un a√Īo despu√©s, otro amigo mencion√≥ una oferta en la Oficina Suiza de Patentes en Berna. El salario no era muy bueno, las horas eran largas y el trabajo consist√≠a en la tarea mundana de revisar las solicitudes de patentes. Pero Einstein entendi√≥ el potencial de la oportunidad. Era todo lo que quer√≠a. 

Su tarea ser√≠a analizar la validez de las solicitudes de patentes, muchas de las cuales involucran aspectos de la ciencia que le interesan. Las aplicaciones ser√≠an como peque√Īos rompecabezas o experimentos mentales; podr√≠a visualizar c√≥mo las ideas se traducir√≠an en inventos.

Trabajar en ellos agudizaría su capacidad de razonamiento. Después de varios meses en el trabajo, se volvió tan bueno en este proceso que podía terminar su trabajo en dos o tres horas, dejándole el resto del día para dedicarse a sus propios experimentos mentales. En 1905, Albert Einstein envió tres artículos a una de las revistas científicas más prestigiosas del mundo, la revista alemana Annalen der Physik. Cada uno de ellos ahora se considera digno de un Premio Nobel, pero fue el tercer artículo que se hizo famoso ya que contenía el libro de Einstein

Primera teoría de la relatividad. Hoy en día, esto se conoce como su teoría de la relatividad especial, y esencialmente describe cómo el tiempo es relativo, dependiendo de las condiciones que rodean a la persona que lo experimenta.

Por ejemplo, si viajamos lo suficientemente r√°pido, el tiempo se ralentiza. Entonces, si dejamos el planeta y damos un paseo r√°pido en un cohete que nos lleva alrededor del mundo a la velocidad de la luz, cuando aterricemos, el tiempo habr√° pasado m√°s lento para nosotros que para el planeta.

La teoría de Einstein sorprendió a la comunidad científica, lo que le ganó fama instantánea. Sin embargo, había un problema con el que tenía que lidiar: en ese momento, su teoría estaba en conflicto directo con la teoría de la gravedad de Newton, que había estado vigente desde el siglo XVII.

La teor√≠a de Newton afirmaba que la fuerza de la gravedad controla la forma en que los planetas y las estrellas interact√ļan entre s√≠ y se mueven por el espacio. Ese espacio aparentemente vac√≠o fue llenado a√ļn m√°s por los f√≠sicos brit√°nicos Michael Faraday y James Clerck Maxwell, quienes presentaron el concepto de campos electromagn√©ticos. Ahora, junto con la gravedad, hab√≠a ondas que pod√≠an “transportar” fuerzas el√©ctricas.

A Einstein le tom√≥ diez a√Īos de arduo trabajo, pero finalmente emergi√≥ con su teor√≠a de la relatividad general, una obra maestra del pensamiento.

En el pensamiento de Einstein era fundamental que, si hay un campo electromagn√©tico, tambi√©n debe haber un campo gravitacional. El golpe de genio de Einstein radica en dar un paso m√°s all√° para teorizar que el campo gravitacional no “llena” el espacio.

El espacio no es plano, se curva alrededor de objetos masivos como planetas y estrellas, y mientras lo hace, el campo gravitacional ejerce una medida de fuerza sobre cada objeto.

El trabajo de Einstein ofreció una plataforma de lanzamiento perfecta para nuevas teorías.

La relatividad general y la mec√°nica cu√°ntica

Para la f√≠sica del siglo XX, hay dos pilares sobre los que se basa todo: la teor√≠a de la relatividad general de Einstein y la mec√°nica cu√°ntica, pero los dos tienen poco en com√ļn.

La mecánica cuántica se conoce con el nombre de teoría cuántica, y se utiliza para comprender todo lo que sucede cuando nos acercamos al nivel atómico y subatómico, donde residen los átomos y las partículas. Y nos ha traído una idea de nuestro universo; ha dado lugar a importantes avances en campos como la informática, biología y fotónica.

A√ļn as√≠, para la mayor√≠a de nosotros, la mec√°nica cu√°ntica es un campo de estudio misterioso y casi incomprensible.

La mec√°nica cu√°ntica tuvo su inicio oficial en 1900 cuando el f√≠sico alem√°n Max Planck estaba estudiando campos el√©ctricos. Al intentar simplificar un c√°lculo, Planck decidi√≥ representar la energ√≠a en forma de peque√Īos paquetes con valores distintos. De esta manera, la energ√≠a en los campos el√©ctricos ten√≠a que asumir valores espec√≠ficos y luego moverse a lo largo de un espectro continuo. Para su sorpresa, los c√°lculos de Planck comenzaron a funcionar con asombrosa precisi√≥n.

Al final result√≥ que estos paquetes de energ√≠a eran algo real. A√Īos m√°s tarde, Einstein lo confirmar√≠a al demostrar c√≥mo la luz est√° formada por los paquetes de energ√≠a que llamamos fotones.

En las d√©cadas de 1920 y 1930, hubo m√°s sorpresas cu√°nticas cuando el f√≠sico dan√©s Niels Bohr hizo un descubrimiento sobre los electrones. Bohr descubri√≥ que existen valores limitados y espec√≠ficos para la cantidad de energ√≠a que puede tener un electr√≥n. Adem√°s, esta cantidad de energ√≠a determina la √≥rbita que tomar√° un electr√≥n a medida que viaja alrededor del n√ļcleo de un √°tomo.

Pero eso no es todo; Bohr descubri√≥ que los electrones pod√≠an moverse de una √≥rbita a otra: pero para hacerlo, no se mueven por una trayectoria continua, ya que eso desafiar√≠a los c√°lculos de Planck, deben ‚Äúsaltar‚ÄĚ, desaparecer de una √≥rbita y reaparecer en otra: se les llama saltos cu√°nticos. Esto significa que las posiciones en las que puede estar un electr√≥n en un momento dado son limitadas. Tambien es la raz√≥n por la que la clasificaci√≥n de los elementos en la tabla qu√≠mica tiene sentido, porque cada √°tomo tiene un numero concreto de electrones dispuestos en ‚Äúposiciones concretas‚ÄĚ.

La siguiente revelación en la teoría cuántica vino de otro físico alemán, este con el nombre de Heisenberg, que estaba tratando de explicar el comportamiento inusual de los electrones.

Heisenberg sugirió que puede ser necesaria la interacción, como observación, para que exista un electrón. , si nadie está observando un electrón, no tiene una posición fija. Y si algo no tiene una posición fija, podemos calcular una probabilidad de dónde podría aparecer a continuación.

La aparición de la mecánica cuántica supuso un gran paso adelante para la física, ya que generó ecuaciones que son utilizadas a diario por ingenieros, químicos, biólogos y físicos por igual.

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