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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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El Bin Bang

La dualidad onda-partícula

 

Las partículas y las fuerzas
Los fermiones: quarks y leptones
Los bosones: portadores de fuerzas
Las teorías de gran unificación
La teoría del Todo
Las partículas virtuales

La era de Planck y la inflación
La era de Planck
La era inflacionaria
La homogeneidad del Universo
La planitud del Universo
La aparición de la materia y la bariogénesis

La evolución de la materia
El confinamiento de los quarks y la era hadrónica
El desacoplamiento de los neutrinos y la era leptónica
La nucleosíntesis primordial
La recombinación y la radiación fósil
Las fluctuaciones de densidad primordiales

Algunas curiosidades
La dualidad onda-partícula
La paradoja EPR y la no separabilidad
El ajuste de las constantes fundamentales
El gato de Schrödinger
Los universos paralelos

 

 

 

Universe_expansion_es

Según la teoría del Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita matemáticamente paradójica. El universo se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros.

 

La dualidad onda-partícula

Antes de presentar un aspecto más bien misterioso de la física, la paradoja EPR, volvamos sobre uno de los aspectos fundamentales de la mecánica cuántica: la dualidad onda-partícula.

La luz es bien conocida por presentar dos aspectos complementarios según la forma de la que se estudia. La luz es a la vez un fenómeno ondulatorio, de ahí el concepto de longitud de onda, y un fenómeno corpuscular, como lo demuestran los fotones. Pero según la mecánica cuántica, esta complementariedad de los dos aspectos no concierne sólo a la luz, se aplica también a las partículas.

El aspecto ondulatorio de las partículas

Los electrones, por ejemplo, son generalmente presentados como bolas minúsculas que giran alrededor de un núcleo. Sin embargo, pueden, según las circunstancias, comportarse como ondas. Así, cuando son proyectados sobre un cristal, los electrones dan lugar a un fenómeno de difracción. Se trata de un proceso puramente ondulatorio que prueba que los electrones no pueden simplemente ser considerados como bolas minúsculas. De hecho, como la luz, la materia debe ser descrita utilizando simultáneamente los conceptos de onda y partícula, lo que se resume por el término de dualidad onda-partícula.

Esta dualidad cambia completamente nuestra visión del mundo microscópico. Contrariamente a una partícula, en el sentido clásico del término, una onda no se localiza en el espacio, no tiene posición precisa. Así, en cuanto dejamos de observarla, un electrón desarrolla su aspecto ondulatorio y ya no posee posición precisa. Nos es entonces imposible predecir con certeza dónde se encontrará la partícula la próxima vez que la observemos. El determinismo que dominaba la física clásica desaparece completamente en mecánica cuántica.

Una descripción probabilista

Eso no quiere decir que el físico está completamente indefenso. De hecho, la mecánica cuántica permite dar una descripción probabilista de la posición del electrón. Es, en efecto, posible calcular la probabilidad de encontrar el electrón en un lugar determinado. La onda asociada a la partícula no es tangible como las ondas acústicas o las olas, se trata más bien de una onda portadora de información sobre la probabilidad de encontrar el electrón en un punto determinado. Así, la partícula tiene una fuerte probabilidad de encontrarse en las zonas de gran amplitud de onda, pero muy pocas posibilidades de aparecer en puntos donde esta amplitud es baja.

El determinismo de la mecánica clásica es, así pues, reemplazado por una descripción estadística. No es ya posible predecir con exactitud la posición de una partícula, pero nos queda, sin embargo, la posibilidad de describir esta posición en términos de probabilidad.

Un ejemplo en astrofísica: la fusión en las estrellas

Una prueba astrofísica del hecho de que las partículas se comportan como ondas nos la aporta el Sol. La energía de nuestra estrella procede de las reacciones de fusión que se desarrollan en su seno. Pero la fusión de dos protones es un proceso muy difícil. Los protones tienen todos la misma carga eléctrica y una fuerza muy viva de repulsión les impide acercarse. Resulta que la energía de los protones en el centro del Sol es teóricamente insuficiente para superar este obstáculo, y la fusión debería, así pues, ser imposible.

Sin embargo, según la mecánica cuántica, la posición de una partícula no está exactamente determinada. Aunque dos protones no pueden teóricamente tocarse a causa de su repulsión eléctrica, la imprecisión de su posición les permite hacerlo. Esto llega muy raramente, ya que la probabilidad es muy escasa y la fusión de dos protones es, pues, un fenómeno poco frecuente. Sin embargo, como el Sol contiene una enorme cantidad de protones, las reacciones nucleares se hacen en gran cantidad y le permiten brillar.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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