Archivos de la categoría: Física

El comienzo de todo: la detección de ondas gravitacionales del Big Bang

Se han encontrado evidencias de ondas gravitacionales creados instantes después del nacimiento del Universo. Estas ondas se crearon en un periodo de rápida expansión, denominado inflación cósmica.

Estas evidencias pueden probar la teoría del Big Bang y de la Inflación y empezar a poder explicar el origen de todo.

Artículos sobre el tema en la revista Nature, que ha publicado el siguiente video.

Bernardo Herradón (@QuimicaSociedad)
Director del Curso de Divulgación
Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad

Recordando a Erwin Schrödinger

Nota preliminar: Este post fue originalmente publicado en la web Los Avances de la Química. Este este artículo se ha ampliado el texto, se han incluido  enlaces a INTERNET y referencias bibliográficas.

El 12 de agosto de 1013, el Doodle de Google nos recuerda que se cumplen 126 años del nacimiento del físico austriaco Erwin Schrödinger (1887-1961), quien fue galardonado en 1933 con el premio Nobel de Física junto con el físico y matemático inglés Paul Dirac por sus contribuciones a la Mecánica Cuántica, imprescindible para el estudio del átomo.

La ecuación de Schrödinger es fundamental tanto en Física como en Química. A cada orbital atómico (definido por 3 números cuánticos n, l y m) le corresponde una función de onda, que es solución de la ecuación de Schrödinger, la cual sólo tiene solución analítica exacta para el átomo de hidrógeno e hidrogenoides (sistemas atómicos con un único electrón). Hay que recordar que el orbital es la descripción en tamaño, forma y orientación de la región del espacio en la que se puede encontrar un electrón; es, en cierto modo, la representación gráfica de la función de ondas de Schrödinger ψ(x, y, z) (de hecho, la amplitud de ψ, determinada por el cuadrado o conjugado complejo de ψ); por lo tanto, ψ no puede ser medida directamente, sino que es una herramienta matemática. También hay que recordar que cada orbital tiene una energía; y que ésta es la que establece el orden de llenado de los orbitales de un átomo, lo que, a su vez, se traduce en las propiedades químicas del elemento químico.

orbitron_TPDe http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/

Además, Schrödinger es conocido por la paradoja de su gato. ¿Quieres saber en qué consiste? ¡Preguntémosle a Sheldon Cooper! Lo puedes ver en el siguiente video.

Difusión en prensa: una manera de hacer cultura científica.

La noticia del Doodle ha tenido bastante repercusión en prensa. Según la búsqueda de Google, la noticia ha sido recogida en unas 19.000 noticias de prensa, algunos artículos muy cuidados y detallados; lo que demuestra que la prensa puede ser un excelente instrumento para realizar divulgación científica. Por cierto, no he encontrado referencias a la noticia ni a la conmemoración en ninguno de los tres grandes periódicos nacionales españoles (tampoco en PÚBLICO). A continuación se dan los enlaces a algunas noticias:

Tendencias. Artículo breve sobre el experimento y Schrödinger. Afirma que el científico es conocido por el experimento del gato; pero todos los científicos sabemos que no es así; como se ha indicado al comienzo de este post.

Ideal de Granada. Este periódico escribe un artículo muy completo y detallado, aunque menciona que se celebra el 124º aniversario y no el 126º. Este error también se ha producido en otros medios, a pesar de que se menciona la fecha de nacimiento: 1887; por lo tanto 2013-1887 = 126; un error científico serio (y no vale la excusa de que los periodistas son de letras).

La opinión de México. También incide en lo del 124º aniversario (sic).

The Guardian. Se hace un breve resumen biográfico de Schrödinger.

CNN México. Describe el experimento mental del gato, pero también explica brevemente su gran aportación a la mecánica cuántica. Un artículo breve y bien escrito en el que se incluye el enlace a su conferencia de aceptación del Premio Nobel en 1933.

Excelsior de México. Describe en detalle el experimento mental del gato y hace un brevísimo recorrido por la vida de Schrödinger.

De Fernando Gomollón (@gomobel)

Implicaciones filosóficas del trabajo de Schrödinger

La investigación de Schrödinger en Mecánica Cuántica ha sido una de las más importantes de la historia de la ciencia; con implicaciones importantes en Química. El nombre de Schrödinger está unido a todos los grandes físicos de comienzos del siglo XX, que con sus aportaciones a la Mecánica Cuántica cambiaron nuestra visión de la Naturaleza. Junto a Planck, Einstein, Bohr, Sommerfeld, de Broglie, Heissenberg, Born, Dirac, Pauli, Schrödinger forma parte del olimpo científico.

A pesar de sus brillantes aportaciones a la Mecánica Cuántica, Schrödinger, en cierto modo, se desmarcó de la interpretación que desde la Mecánica Cuántica se daba a los fenómenos naturales; nunca le gustó la visión probabilística y no-determinista  y esta disconformidad le llevó a postular su experimento mental del gato. Esta visión no-determinista fue compartida (con matices) con Einstein; este último lo representó en  su famosa frase “Dios no juega a los dados“, dirigida originalmente a Max Born (aunque la mayoría de los autores de bigrafías de Einstein, atribuyen que fue dirigida a Bohr).

Diapositiva1Desde mediados de la década de los años 1930s, Schrödinger realizó importnates contribuciones a la filosofía de la ciencia. Podemos destacar los libros Mi concepción del mundo, Mi vida (los dos se pueden encontrar en castellano, en la colección Metatemas de Tusquets), Mente y materia (de la misma colección que el anterior) y el libro ¿Qué es la vida? El aspecto físico de la célula viva (también de Metatemas). En este último libro intenta explicar la viada desde la perspectiva de las leyes de la Física. Este libro, originalmente publicado en 1944, fue un revulsivo para que varios jóvenes científicos (físicos y biólogos) se interesasen por los aspectos de la vida, especialmente la transmisión genética; y, es considerado uno de los puntos de rranque de la Biología Molecular. También recomiendo el libro Mente y materia ¿Qué es la vida? Sobre la vigencia de Erwin Schrödinger, de Gumbrecht y otros (Katz Editores, 2010), que analiza la obra filosófica de Schrödinger.

Bibliografía sobre Schrödinger y el origen de la mecánica cuántica

Schrödinger. Una ecuación y un gato. J. Navarro. NIVOLA. 2007.

The Fundamental Idea of Wave Mechanics. E. Schrödinger. Conferencia de aceptación del Premio Nobel.

Heissenberg. De la incertidumbre cuántica a la bomba atómica nazi. A. Fernández-Rañada. NIVOLA. 2008.

Thirty Years that Shook Physics. The Story of Quantum Theory. G. Gamow. DOVER. 1985.

Quantum Theory. A Graphic GuideJ. P. McEvoy y O. Zárate. Icon Books. 2007.

Einstein. 1905. J. Stachel. Editorial Crítica. 2005.

Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas. G. Holton. Editorial Reverté. 1976.

La física nueva y los cuantos. L. de Broglie. Editorial Losada. 1944.

Planck. La fuerza del deber. C. Olalla. NIVOLA. 2006.

Autobiografía científica y últimos escritos. M. Planck. NIVOLA. 2000.

The Strange Story of Quantum. B. Hoffmann. DOVER. 1959.

Nota 1: Gracias a Real Sociedad Española de Física por recomendar el vídeo y facilitar el link).

Nota 2: Este post participa en el XXVII Carnaval de Química, que se aloja en este  blog Educación Química

 

Bernardo Herradón García
CSIC

Sesión científica en la RACEFyN: Sobre el Premio Nobel de Física 2012.

Mañana día 21 de noviembre se va a celebrar una sesión científica en la Real Academia de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. El profesor Martín-Delgado explicará la relevancia de las investigaciones de Haroche y Wineland, que fueron los receptores del último Premio Nobel de Física. La información e invitación se pueden descargar aquí o pulsando en la imagen siguiente.

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

 

Actividades de la RACEFyN

La Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales (RACEFyN) ha programado dos conferencias sobre química y astrofísica para las próximas semanas. También organizan el ciclo de conferencias, de carácter divulgativo Ciencia para Todos, que ya celebra su octava edición. Este ciclo de conferencias se celebra cada jueves hasta el 28 de junio. Se puede encontrar información de cada una de estas actividades en las imágenes siguientes (pulsando sobre las imégenes s epuede aumentar su tamaño).

 

Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Libros de física (de interés para los químicos)

A continuación se recomiendan algunos libros de física que pueden ser de interés para los químicos. Los libros están escritos desde perspectivas históricas y divulgativas.

Cinco ecuaciones que cambiaron el mundo (Guillen)

Libro de divulgación científica muy entretenido. Describe de manera sencilla cinco ecuaciones fundamentales en la historia de la ciencia, con pasajes de la obra y el entorno científico de los protagonistas de la historia.

Las cinco ecuaciones son:

1) Ley de la Gravitación Universal de Isaac Newton.

2) Ley de la Presión Hidrodinámica de Daniel Bernoulli.

3) Ley de la Inducción Electromagnética de Michael Faraday.

4) La Segunda Ley de la Termodinámica, principalmente debida a Rudolf Clausius.

5) La Teoría de la Relatividad Espacial de Albert Einstein.

Subtítulo: El poder y la oculta belleza de las matemáticas.

Debolsillo editoral

2010

Sitio web

Thirty Years that Shook Physics. The Story of Quantum Theory (Gamow)


George Gamow ha sido uno de los protagonistas de la historia de la física en el siglo XX. Cuenta, en historias cortas, algunos de los hitos y desarrollos de la teoría cuántica, desde la radiación del cuerpo negro al descubrimiento del mesón.

Reeditado por Dover en 1985, de la edición de 1966.

Sitio web

Quantum Theory. A Graphic Guide (McEvoy y Zárate)

El libro describe, de manera muy sencilla y compresible, los conceptos básicos de la teoría cuántica desde una perspectiva histórica. El libro está ilustrado con numerosos dibujos, que facilitan su lectura.

Originalmente publicado en 1996 y reimpreso en 2007 por Icon Books.

Sitio web

Einstein 1905 (Stachel, ed)

Editado por John Stachel.

El subtítulo es “Un año milagroso. Cinco artículos que cambiaron la física“.

Se ha editado una edición de bolsillo en la colección “Drakontos Bolsillo” (Editorial Crítica) de marzo de 2012. El original es de 1998, reeditándose en 2005 para la edición del centenario. El prólogo está escrito por Roger Penrose.


El trabajo realizado por Stachel es excelente. Hace una introducción histórica-científica de Albert Einstein. Esta introducción está muy bien documentada y no cae en los tópicos habituales de otras biografías de Albert Einstein. Los cinco artículos publicados por Einstein en 1905 en Annalen der Physik son comentados extensamente, teniendo en cuenta la circunstancia histórico-científico del momento.

Aunque Einstein es una super-figura de la historia de la física, sus publicaciones en 1905 también fueron fundamentales para el desarrollo de la química. Hay que recordar que la tesis doctoral de Einstein (objeto de su primer artículo de 1905) abordaba el problema de la determinación del tamaño de las moléculas. En su segundo trabajo amplia este tema de trabajo, explicando el movimiento Browniano y desarrollando métodos teóricos para determinar el número de Avogadro, lo que posteriormente llevó a cabo experimentalmente Jean Perrin. El trabajo teórico de Einstein, confirmado por Perrin, supuso un espaldarazo a la existencia de moléculas, lo que en aquella época no estaba aceptada por toda la comunidad científica.

En la publicación número 3 desarrolla una nueva cinemática, modificando los conceptos de tiempo y sistema de referencia absolutos; que aplica a los cuerpos cargados, ampliando la teoría electromagnética de Maxwell. Aquí establece la base de lo que Einstein definió como el “Principio de la Relatividad”. La cuarta publicación desarrolla la anterior, llegando a la conclusión de la equivalencia de la masa  y la energía.

La quinta publicación de Einstein en este año milagroso es esencial para la química. Einstein desarrolla una teoría de la interacción de la energía y la materia, cuyas conclusiones sirven para explicar fenómenos, como el efecto Stokes, el efecto fotoeléctrico y la ionización de gases por luz ultravioleta. Einstein parte de premisas distintas a las que había partido Planck al explicar la radiación del cuerpo negro, pero llega a las mismas conclusiones. Esta publicación, por la que fue galardonado con el Premio Nobel en 1921, es una auténtica maravilla de razonamiento y unarevolución científica; y establece de manera inequívoca la naturalezza de la radiación electromagnética, la materia y la interacción entre ambas (en definitiva, como me gusta decir en mis charlas, lo que estudian los científicos de la naturaleza).

Un gran libro a un precio muy asequible (9’85 € me costó en la última Feria del Libro de Madrid).

Sitio web

Bernardo Herradón-G.

CSIC

herradon@iqog.csic.es

Cien años de superconductividad

Este año se cumple el centenario del descubrimiento de la superconductiviad. A continuación se incluye un artículo escrito por las profesoras Mª Teresa Martín y Manuela Martín Sánchez describiendo el descubrimiento y los experimentos realizados para entender el fenómeno; así como un resumen de las investigaciones actuales sobre el tema.

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Premio “SALVADOR SENENT”

GRUPO DE DIDÁCTICA E HISTORIA DE LAS RR.SS.EE. DE FÍSICA Y DEQUÍMICA

El Grupo de Didáctica e Historia de la Física y la Química de las Reales Sociedades Españolas de Física y Química convoca la 3ª Edición del premio “SALVADOR SENENT”, patrocinado por el Foro de Industria Nuclear Española, consistente en  800 € y un diploma acreditativo.

Se podrá presentar cualquier trabajo científico especializado, de revisión o de carácter divulgativo, que esté relacionado con la Didáctica o con la Historia de la Física o de la Química, valorándose su rigurosidad y originalidad.Los trabajos se presentarán siguiendo un formato acorde a las normas de publicación de la Revista Anales de Química, y que se recogen en la dirección Web:

http://www.rseq.org/manuscritos.php

En dicha dirección, donde se incluyen normas de publicación, artículo modelo y plantilla de artículo, se indican la extensión máxima y el formato (de texto, tablas, figuras y bibliografía) establecido.

Los trabajos deben remitirse, antes del 30 de marzo de 2011, por correo electrónico a  cualquiera de las siguientes direcciones:

mmartins@edu.ucm.es

gabriel.pinto@upm.es

También puede enviarse por correo ordinario a la dirección:

Grupo de Didáctica e Historia de la Física y la Química,

Real Sociedad Española de de Química, Facultad de Química,

Universidad Complutense de Madrid, 28040 Madrid

Se remitirá acuse de recibo del trabajo.

El trabajo ha de ser inédito, no publicado anteriormente ni en proceso de publicación. No obstante, los manuscritos que se sometan al proceso de publicación de la revista Anales de Química a partir del 1 de marzo de 2010 pueden también presentarse al Premio, siguiendo el procedimiento señalado anteriormente e indicando en la solicitud que el texto se ha remitido también a la revista.

El jurado del premio está integrado por los miembros de la Junta Directiva del Grupo especializado de Didáctica e Historia de la Física y la Química y un representante del Foro de la Industria Nuclear Española que no podrán optar al premio, y será entregado en la Bienal de Química  que se celebrará en Valencia entre el 24 y el 28 de Julio de 2011.

Manuela Martín Sánchez

Presidenta del Grupo Especializado de Didáctica e Historia de la Física y la Química (RSEF y RSEQ)

mmartins@edu.ucm.es

La utilidad de las moléculas. El grafeno y el Premio Nobel de Física.

Esta mañana se ha anunciado la concesión del Premio Nobel de Física a André Geim y Konstantin Novoselov, profesores de la Universidad de Manchester, por la preparación y estudio de grafeno. La molécula de grafeno es un buen ejemplo de la utilidad de una sustancia química (es decir de la Química) como herramienta de trabajo para estudiar procesos físicos, aparte de su inmenso potencial práctico en electrónica molecular.

Premio Nobel de Física_2010

El grafeno es una molécula gigante formada por sólo átomos de carbono, que  forman hexágonos, similares al benceno. El  benceno es el prototipo de compuesto aromático, caracterizado por la existencia de 6 electrones pi. La existencia de este rasgo estructural confiere al benceno estabilidad termodinámica, reactividad química característica y propiedades eléctricas y magnéticas interesantes. La condensación y fusión de anillos hexagonales da lugar a compuestos aromáticos polianulares. Algunos ejemplos se muestran en la figura siguiente.

Aromaticos

El grafeno es una molécula con un número inmenso (prácticamente infinitos, debido a la magnitud del número de Avogadro) de anilloa aromáticos fusionados y con el grosor de sólo un átomo de carbono. Esta es una peculiaridad responsable de las propiedades del grafeno: es una molécula plana con gran superficie. Debiodo a esta características, se pensaba que el grafeno no podría prepararse de manera eficaz. Este ha sido el mérito original de la investigación del grupo de Geim y Novoselov que utilizaron un método experimental novedoso para su preparación.

Hasta el descubrimiento y caracterización de los fullerenos (de lo que se ha cumplido hace unas semanas el 25 aniversario), el carbono se presentaba en dos formas alotrópicas: el grafito y el diamante. Las dos sustancias tienen la misma composición: carbono puro; pero que tienen propiedades físicas totalmente dispares. Mientras que el diamante es transparente, aislante eléctrico y muy duro; el grafito es negro, conduce la electricidad y blando, siendo fácilmente exfoliable. Estas diferencias son debidas a la distinta ordenación de los átomos de carbono en la estructura cristalina. Los átomos de carbono en el diamante están formando estructuras muy compactas, dónde cada átomo de carbono está unido a otros tres átomos con geometría tetraédrica. En esta estructura no hay electrones pi, con mayor movilidad que los sigma, y el diamante no conduce la electricidad. Por otro lado, el grafito está formado por capas de átomos de carbono formando estructuras hexagonales fusionadas con electrones pi con alta movilidad, que son los responsables de la conductividad eléctrica del grafito. Además, la gran cantidad de enlaces conjugados en las capas de carbono es responsable de su color negro. Las capas de grafito están unidas a través interacciones no-covalentes débiles, por dónde el grafito puede ser exfoliado. Si el grafito se muele en un polvo fino, resulta el carbón activo de estructura amorfa que tiene mucha superficie por unidad de masa y es un excelente adsorbente de sustancias químicas, usándose en una de las primeras etapas de la purificación de agua.

Grafito_Diamante_Carbon Activo

La figura siguiente muestra la relación entre el grafito, el grafeno, los nanotubos y los fullerenos.

Grafito_Grafeno

Cada una de las capas carbonadas que forman el grafito es una molécula de grafeno. La obtención de una monocapa mejora considerablemente las propiedades del grafito. El grafeno es mejor conductor de la electricidad que el cobre, siendo mucho más ligero. El grafeno es transparente, muy duro, excelente conductor del calor, disipándolo eficazmente. Todas estas propiedades hacen de él un material para aplicaciones en electrónica molecular. Investigaciones futuras se enfocarán a la modificación química del grafeno con el objetivo de mejorar sus propiedades.

Como dato curioso, Geim recibió el Premio Ig Nobel en Física en el año 2000. Lo compartió con Michael Berry “por usar imanes para conseguir que las ranas leviten” (citación de la consecución del Ig Nobel). Aunque estos premios se conceden por investigaciones que al menos promueven una sonrisa, son importantes para observar como los campos magnéticos intensos afectan a las sustancias aparentemente no-magnética, debido a una pequeña respuesta diamagnética que, a nivel atómico y molecular, compensa la fuerza de la gravedad. Este tipo de experimentos sirven para modelizar entornos de gravedad cero. En 2001, Geim publicó un artículo (Physica B, 2001, 294-295, 736) en el que el coautor era su hamster.

Dentro de unas horas se anunciará la concesión del Premio Nobel de Química. Algunos merecedores: Whitesides, Schreiber, Schultz, Eschenmoser, Mukaiyama, Somorjai, Danishefsky, Marks, Parr, von Schleyer, Ziegler, Stoddart, Crabtree, Fréchet, Karplus, Lippard, Zare.

De las formas alotrópicas del carbono y su utilidad (y de otras utilidades de la Química, así como de su relación con otras ciencias) se hablará en la charla La Química: De “entre la Física y la Biología” a “entre la Biomedicina y la Ciencia de los Materiales”. Oportunidades de investigación en Química dentro del curso de divulgación Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad (jueves 7 de octubre en la sede del IQOG).

Bernard0 Herradón

IQOG-CSIC

herradon@iqog.csic.es