10 leyes y teorías científicas que deberías conocer (Parte II)
Actualizado el 27 septiembre, 2022
Hace unas semanas, en la primera parte del artículo sobre teorías y leyes científicas, hablábamos sobre la teoría del Big Bang, la Ley de Hubble, las Leyes Kepler, la Ley de Gravitación Universal y las Leyes de Newton. Hoy, finalizamos la entrada con otras 5 leyes y teorías más importantes:
- Leyes de la Termodinámica
- Principio de flotabilidad de Arquímedes
- Evolución y Selección Natural
- Teoría de la Relatividad General
- Relación de indeterminación de Heisenberg
Leyes de la Termodinámica
El físico y novelista británico Charles Percy Snow dijo una vez que un no científico que no conocía la segunda ley de la termodinámica era como un científico que nunca había leído a Shakespeare. La declaración, ahora famosa de Snow, estaba destinada a enfatizar tanto la importancia de la termodinámica como la necesidad de que los no científicos aprendieran sobre ella.
La termodinámica es el estudio de cómo funciona la energía en un sistema, ya sea un motor o el núcleo de la Tierra. Se puede reducir a varias leyes básicas, que Snow resumió inteligentemente de la siguiente manera:
– No puedes ganar.
– No puedes alcanzar el punto de equilibrio.
– No puedes salir del juego.
Vamos a ilustrar esto un poco. Al decir que no puedes ganar, Snow quiso decir que, dado que la materia y la energía se conservan, no puedes obtener una sin renunciar a parte de la otra (es decir, E = mc²). También significa que para que un motor produzca trabajo, debe suministrar calor, aunque en cualquier cosa que no sea un sistema perfectamente cerrado, algo de calor se pierde inevitablemente hacia el mundo exterior, lo que conduce a la segunda ley.
La segunda declaración, no puedes alcanzar el punto de equilibrio, significa que debido a la entropía cada vez mayor, no puedes volver al mismo estado de energía. La energía concentrada en un lugar siempre fluirá a lugares de menor concentración.
Finalmente, la tercera ley, no puedes salir del juego, se refiere al cero absoluto, la temperatura teórica más baja posible, medida a cero Kelvin o (menos 273,15 grados Celsius y menos 459,67 grados Fahrenheit). Cuando un sistema alcanza el cero absoluto, las moléculas detienen todo movimiento, lo que significa que no hay energía cinética y la entropía alcanza su valor más bajo posible. Pero en el mundo real, incluso en los rincones del espacio, llegar a cero absoluto es imposible; solo puedes acercarte mucho a él.
Principio de flotabilidad de Arquímedes
Después de descubrir su principio de flotabilidad, el antiguo erudito griego Arquímedes supuestamente gritó «¡Eureka!» y corrió desnudo por la ciudad de Siracusa. La historia cuenta que Arquímedes hizo su gran avance cuando notó que el agua subía cuando se metía en la bañera.
De acuerdo con el principio de flotabilidad de Arquímedes, el empuje, fuerza vertical y hacia arriba, que actúa sobre un objeto sumergido o parcialmente sumergido o que lo mantiene a flote es igual al peso del volumen del líquido que el objeto desplaza o desaloja. Este tipo de principio tiene una inmensa gama de aplicaciones y es esencial para los cálculos de densidad, así como para el diseño de submarinos y otras embarcaciones oceánicas.
Basado en este principio, por ejemplo, en este video puedes comprobar cuál es el porcentaje de cualquier iceberg que permanece a la vista con respecto a su volumen total.
Evolución y Selección Natural
Ahora que hemos establecido algunos de los conceptos fundamentales de cómo comenzó nuestro universo (ver parte I) y cómo se desarrolla la física en nuestra vida diaria, dirijamos nuestra atención a la forma humana y cómo llegamos a ser como somos. Según la mayoría de los científicos, toda la vida en la Tierra tiene un ancestro común. Pero para producir la inmensa cantidad de diferencia entre todos los organismos vivos, algunos tuvieron que evolucionar en especies distintas.
En un sentido básico, esta diferenciación se produjo a través de la evolución, a través de la descendencia con modificación. Las poblaciones de organismos desarrollaron diferentes rasgos a través de mecanismos como la mutación. Aquellos con rasgos que eran más beneficiosos para la supervivencia, como una rana cuyo color marrón le permite camuflarse en un pantano, fueron seleccionados naturalmente para sobrevivir; de ahí el término selección natural.
Teoría de la Relatividad General
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein sigue siendo un descubrimiento importante y esencial porque alteró permanentemente la forma en que vemos el universo. El mayor avance de Einstein fue decir que el espacio y el tiempo no son absolutos y que la gravedad no es simplemente una fuerza aplicada a un objeto o masa. Más bien, la gravedad asociada con cualquier masa curva el mismo espacio y tiempo (a menudo llamado espacio-tiempo) a su alrededor.
Para conceptualizar esto, imagina que estás viajando por la Tierra en línea recta, en dirección este, comenzando en algún lugar del hemisferio norte. Después de un tiempo, si alguien señalara tu posición en un mapa, en realidad estarías tanto al este como al sur de tu posición original. Esto es porque la Tierra es curva. Para viajar directamente hacia el este, debes tener en cuenta la forma de la Tierra y orientarte ligeramente hacia el norte (piensa en la diferencia entre un mapa de papel plano y un globo esférico).
El espacio es más o menos el mismo. Por ejemplo, para los ocupantes del transbordador que orbita la Tierra, puede parecer que viajan en línea recta por el espacio. En realidad, el espacio-tiempo a su alrededor está siendo curvado por la gravedad de la Tierra (como lo sería con cualquier objeto grande con una gravedad inmensa, como un planeta o un agujero negro), lo que hace que se muevan hacia adelante y parezca que orbitan alrededor de la Tierra.
La teoría de Einstein tuvo tremendas implicaciones para el futuro de la astrofísica y la cosmología. Explicó una anomalía menor e inesperada en la órbita de Mercurio, mostró cómo se desvía la luz de las estrellas y sentó las bases teóricas de los agujeros negros.
Relación de indeterminación de Heisenberg
La teoría más amplia de la relatividad de Einstein nos dijo más sobre cómo funciona el universo y ayudó a sentar las bases de la física cuántica, pero también introdujo más confusión en la ciencia teórica. En 1927, esta sensación de que las leyes del universo eran, en algunos contextos, flexibles, condujo a un descubrimiento innovador por parte del científico alemán Werner Heisenberg.
Al postular su Principio de Incertidumbre, Heisenberg se dio cuenta de que era imposible conocer simultáneamente, con un alto nivel de precisión, dos propiedades de una partícula. En otras palabras, puedes conocer la posición de un electrón con un alto grado de certeza, pero no su momento y viceversa.
Más tarde, Niels Bohr hizo un descubrimiento que ayuda a explicar el principio de Heisenberg. Bohr descubrió que un electrón tiene las cualidades tanto de una partícula como de una onda, un concepto conocido como dualidad onda-corpúsculo o dualidad onda-partícula, que se ha convertido en la piedra angular de la física cuántica. Entonces, cuando medimos la posición de un electrón, lo tratamos como una partícula en un punto específico del espacio con una longitud de onda incierta. Cuando medimos su impulso, lo estamos tratando como una onda, lo que significa que podemos conocer la amplitud de su longitud de onda, pero no su ubicación.
Fuente: Howstuffworks
