martes, 11 de octubre de 2016

Conceptos fundamentales I

Modelo Físico Continuo Actual.

Introducción.
La Física es la ciencia que estudia las propiedades de la materia. Los físicos son capaces de medir dichas propiedades pero no pueden explicar cuál es su origen. Son los llamados conceptos fundamentales, que en general se definen como “Propiedad Intrínseca de la Materia”, y a partir de los cuales derivan todos los demás. En definitiva, los conceptos fundamentales son aquellos que no puede ser definidos en términos de otras magnitudes que se pueden medir.

Espacio o Longitud. El espacio es el lugar donde se encuentran los objetos. La longitud es una de las magnitudes físicas fundamentales, en tanto que no puede ser definida en términos de otras magnitudes que se pueden medir. Longitud es distancia que separa dos puntos en el espacio.

Masa. La masa es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Materia es la substancia de la que están hechos todos los objetos. 

En física hay que distinguir entre masa inercial y masa gravitatoria. La masa inercial es una propiedad intrínseca de un cuerpo, que mide, la resistencia del cuerpo a cambiar su movimiento. La masa inercial es la constante de proporcionalidad entre la fuerza aplicada a un cuerpo y la aceleración que este experimenta (Segunda ley de Newton, F =m a).

La masa gravitatoria una propiedad de la materia en virtud de la cual dos cuerpos se atraen.

Todos los experimentos muestran que la masa inercial y la masa gravitatoria coinciden.

Tiempo. El tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración o de los  acontecimientos. En la, física clásica el tiempo se concibe como una magnitud absoluta, es decir,  la medida es idéntica para todos los observadores. En la relatividad  el tiempo depende del sistema de referencia donde esté situado el observador y de su estado de movimiento, de forma que el tiempo y el espacio van unidos en una única entidad tetradimensional, el continuo espacio-tiempo.


Para poder medir la continuidad del espacio-tiempo
se necesitaría una energía infinita.
 

Tiempo imaginario es un concepto derivado de la mecánica cuántica. Se usa para describir modelos del universo en física cosmológica.

Si empleamos x,y y z para las tres coordenadas del espacio, la cuarta coordenada de tiempo será ct. En donde c les a velocidad de la luz. Pero además debemos multiplicar ct por la unidad imaginaria i (i igual a raíz cuadrada de -1). 


La relatividad distingue entre las tres dimensiones espaciales y el tiempo. Según Hartle y Hawking esa diferencia desaparece cuando la coordenada temporal es un número imaginario. No hay tres dimensiones espaciales y una temporal sino que las dimensiones del espacio son cuatro. Para Hartle y Hawking el tiempo imaginario da forma al universo [1].

“…..cualquier cosa que se pueda ver o medir en física es representada por un número real: la velocidad, la posición, la energía… De hecho, cuando en una ecuación física se obtiene un resultado con raíces negativas (un resultado complejo), suele decirse que la ecuación “no tiene solución”, puesto que los resultados complejos no son medibles.” [2]

“….el tratamiento de todas las fórmulas que rigen las resistencias, capacidades e inductores pueden ser unificadas introduciendo resistencias imaginarias para las dos últimas (ver redes eléctricas). Ingenieros eléctricos y físicos usan la letra j para la unidad imaginaria en vez de i que está típicamente destinada a la intensidad de corriente.” [3]

Carga eléctrica. La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de la materia y puede ser positiva y negativa. Las cargas del mismo tipo se repelen y si son diferentes se atraen. La carga eléctrica es una propiedad discreta o cuantizada, siendo la carga del electrón la unidad elemental.

Fotón, frecuencia.  El fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio (Wikipedia). 

Se comporta como onda en los fenómenos de refracción y reflexión y como partícula cuando interactúa con la materia, como en el efecto fotoeléctrico y en el efecto Compton, transfiriendo cantidades discretas de energía, que viene dada por:
 
donde h es la constante de Planck,   es la constante reducida de Planck (h / 2 π),  c es la velocidad de la luz, 𝜆 es la longitud de onda, la frecuencia de la onda y 𝜔 la frecuencia angular. Se trata de una energía absoluta.

Energía. En física clásica, la ley universal de conservación de la energía,     indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en el tiempo.  La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

  •  La teoría de la relatividad especial establece una equivalencia entre masa y energía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, poseen una energía adicional equivalente a E = m c 2 {\displaystyle \scriptstyle E=mc^{2}} E=mc2 .  La energía de la masa es una energía absoluta. Inicialmente, en el Big Bang, toda la energía estaba concentrada en un punto de densidad infinita.
  • En mecánica cuántica el resultado de la medida de una magnitud en el caso general no da un resultado determinista, por lo que solo puede hablarse del valor de la energía de una medida no de la energía del sistema.

Cantidad de Movimiento. En física clásica la cantidad de movimiento o momento lineal p es el producto de la masa por la velocidad.

p= mv

En donde m es la masa en reposo. En cambio en mecánica cuántica, las partículas, como por ejemplo los gluones, pueden tener masa en reposo nula y poseer un momento lineal p. El momento p se define:
En donde F es cualquier función matemática adimensional que al derivarla con respecto a x coincida con la medida experimental. Lo mismo con respecto a las coordenadas y, z.                                   


[1] Kitty ferguson La medida del universo Ediciones Robinbook (2000) ISBN:B-44.424-2000 [2] http://eltamiz.com/2008/04/01/cuantica-sin-formulas-la-ecuacion-de-onda-de-schrodinger-