El experimento de la doble rendija

Este experimento es clave en la historia de la física porque permitió demostrar la dualidad onda-partícula de las partes fundamentales de la materia (fotones, electrones, quarks), esto significa que la luz, por ejemplo, dependiendo de la situación, se comporta como una onda o como una partícula, sin que ello viole ninguna ley fundamental de la física.

Os dejo este vídeo de divulgación muy ameno que lo explica perfectamente.




Lo que el vídeo no explica, es por qué cuando observamos el electrón se comporta como partícula, pasando sólo por una rendija, dar respuesta a esta pregunta es el motivo de esta entrada.

Para poder observar un objeto, necesitamos que la luz se refleje en él, la luz está formada por fotones que, al rebotar en los objetos, se divide en los diferentes colores que podemos ver.
Ahora bien, tanto el fotón como el electrón son partículas elementales, esto quiere decir que son indivisibles y muy pequeñas.

El electrón se mueve comportándose como una onda, tiene una velocidad y una frecuencia determinadas, para poder observarlo necesitamos que un fotón "rebote" en él y, como consecuencia del choque, el electrón ve modificada su velocidad y su comportamiento, siendo detectado por nosotros como una partícula.

La parte de la física que estudia el comportamiento de las partículas elementales se denomina mecánica cuántica, en ella, no podemos conocer la posición y velocidad exactas de una partícula en un instante determinado, porque el mero hecho de observarla está modificando estas propiedades.
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La gravedad lo es todo.

Ya sabemos cómo se formó el Hidrógeno, ahora la pregunta que nos hacemos es, ¿de dónde han salido el resto de elementos?, y su respuesta es tan sencilla como fascinante: de las estrellas.

Las estrellas son astros formados por enormes cantidades de materia que, gracias a la gravedad, se comprimen en muy poco espacio dando lugar a unas presiones y temperaturas elevadísimas.
Pongamos el ejemplo del Sol, que tiene una masa aproximada de 350.000 veces la de la tierra, comprimida en algo menos de 100 veces su radio, generando así una temperatura que varía de 6.000 grados en la superficie, a más de 14 millones en el núcleo.

Debido a esas enormes temperaturas, los núcleos de las estrellas son líquidos en constante ebullición. Según nos dice la termodinámica, cuanto mayor es la temperatura, más energía tienen y mayor es la velocidad con que se mueven los átomos. La energía de esos movimientos hace que cuando dos de ellos chocan, unan sus núcleos generando un nuevo átomo más grande, de un elemento diferente, liberando a la vez una inmensa cantidad de enegía. Este proceso se conoce como fusión nuclear.

Si los dos átomos que chocan son de Hidrógeno (número atómico 1), el resultado será el elemento de número atómico 2 (Helio), si el Helio choca con Hidrógeno se forma Litio (número atómico 3) y así sucesivamente hasta formar todos los elementos conocidos (excepto aquellos que se generan sintéticamente en laboratorio, pero eso ya es otra historia).

El Sol es una estrella mediana de tipo enana amarilla, no tiene temperatura suficiente como para producir fusiones que generen elementos mayores que el Hierro, pero entonces, ¿por qué existen el plutonio, la plata, el hierro, etc, en el sistema solar?

Las teorías más modernas apuntan a que nuestro sistema solar procede de una supernova, que es una estrella de masa grande que "agota" su combustible (Hidrógeno) y explota violenta y repentinamente. En el caso del sistema solar, después de la explosión, de toda la materia lanzada de la estrella al espacio, un 98,6%se agrupó en el centro formando el Sol, y el resto formó los planetas, lunas, asteroides...

Todo lo que hoy podemos ver y tocar, estuvo alguna vez a millones de grados en el núcleo de una estrella.

Sin la gravedad nada sería como lo conocemos, no tendríamos atmósfera ni podríamos caminar sobre la Tierra, aunque esto tampoco sería así porque para empezar no se habrían formado las primeras estrellas después del Big Bang, la materia simplemente habría continuado expandiéndose eternamente.

La pregunta que habría que responder ahora es, ¿por qué la masa genera gravedad? ¿de dónde viene? para responder a eso necesitaría otra entrada completamente nueva, en la que hablaría mucho de un tal Higgs e incluso del LHC, así que lo dejaré para otro día.

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Empecemos por el principio.

Que mejor forma de iniciar este blog de física que hablar del Big Bang, el principio del espaciotiempo, el principio de nuestro universo, nuestro principio.

Hace 13.700 millones de años toda la materia del universo estaba concentrada en un punto menor que un átomo, de densidad y temperatura infinitas que, por circunstancias que se desconocen, comenzó a expandirse.

El universo en sus primeros nanosegundos de vida estaba formado por partículas elementales (Bosones, Fermiones, Leptones...), que poco a poco a medida que la temperatura descendía se fueron combinando entre sí formando los primeros átomos de Hidrógeno y Helio.
Con el paso del tiempo, algunas zonas se hicieron más densas que otras, creciendo gravitacionalmente y, por lo tanto, atrayendo una mayor cantidad de materia, formando así las primeras estrellas y galaxias.

El propio nombre "Big Bang" es contradictorio, como ya hemos dicho, antes del Big Bang la materia se concentraba en un punto menor que un átomo, por lo que muy grande no era, y tampoco fue una explosión ya que no existía materia por la que se propagase el sonido de la misma, por lo que no fue ni "Big" ni "Bang".

El primer indicio que permitió elaborar esta teoría fue observar como las galaxias se alejan constantemente de nosotros, y entre ellas, lo que demuestra que en algún punto del pasado estuvieron más juntas, si retrocedemos lo suficiente es lógico pensar que debido a las enormes atracciones gravitatorias generadas por esa masa, la materia se concentrase en un punto cada vez más pequeño.

Otro indicio importante, y para muchos astrónomos determinante, de la existencia del Big Bang, es la radiación de fondo de microondas.
En los primeros instantes del universo, la temperatura era tan elevada que no se podían formar átomos de hidrógeno, por lo que los fotones chocaban constantemente con los electrones; más tarde cuando el universo se enfrió lo suficiente y los átomos comenzaron a formarse, los fotones ya podían circular libremente.
El resultado de ésta época del universo es una radiación de microondas que lo llena por completo, y nos llega de todas direcciones.
Dicha radiación es fácilmente observable, basta con sintonizar un televisor en un canal vacío, la "niebla" que veremos es esa radiación.

Con estos datos, lo lógico sería pensar que en algún momento, debido a la atracción gravitatoria entre galaxias, la expansión del universo terminará, y comenzará a contraerse, llegando finalmente a su estado inicial de antes del Big Bang.
Esto no sucederá debido a la existencia de la llamada energía oscura, que hace que la velocidad de expansión del universo esté en constante aumento, es decir, las galaxias aceleran.

El final del universo no será otro Big Bang, ya que su expansión jamás terminará, algunas teorías apuntan al llamado "Big RIP", en el que el universo cesará toda su actividad en unos 20.000 millones de años debido a la enorme distancia entre la materia.

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