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• Jhan J. Peña

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ENERGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

FISICA MOLECULAR RESUMEN DEL LIBRO “HISTORIA DEL TIEMPO” DE STHEPHEN W. HAWKING Profesor: JORGE ILQUIMICHE NELLY Alumno: 

ESPINOZA PEÑA JHAN

Semestre 2018-A Bellavista -callao, 20 de noviembre del 2017 PERÚ

“HISTORIA DEL TIEMPO” DE STHEPHEN W. HAWKING STHEPHEN W. HAWKING Stephen Hawking es el físico teórico más conocido y popular de nuestros tiempos. Nacido en Oxford en 1942, Hawking ingresó en la Universidad de Cambridge en 1962, para estudiar física teórica y acabar publicando en 1965 un doctorado sobre la naturaleza relativista y cuántica de los famosos agujeros negros. Las docenas de trabajos sobre cosmología publicados por Hawking a lo largo de los años dan testimonio de la solidez y de la capacidad de este físico teórico y cosmólogo interesado tanto en la teoría general de la relatividad de Einstein como en la física cuántica de la teoría de partículas -y particularmente obsesionado en el trabajo titánico de esbozar una unificación de ambos postulados, pues estos modelos, válidos individualmente en las grandes mediciones cósmicas y en los estudios de los fenómenos a una escala microscópica, no acaban de congeniar entre sí. El gran éxito y popularidad de Hawking no llegó hasta finales de los años 80, cuando publicó un libro que se convirtió rápidamente en best-seller, titulado Breve historia del tiempo. En este ensayo se exponía de forma asequible para un gran público la evolución de las teorías físicas acerca del universo, desde los tiempos de Newton, pasando por Galileo y Copérnico, hasta llegar a nuestros días con las renombradas teorías de Einstein y las paradojas de la física cuántica para el mundo de las partículas elementales. Pero esta fama, que ha alcanzado un nivel mundial y que hace que Hawking aparezca en periódicos, revistas e incluso en la televisión, no se debe tan sólo a la solidez de sus trabajos teóricos, o a la magnífica abstracción de los postulados de la física que plasmó en su primer libro, sino que también a una condición paradójica que presenta su persona: a los 23 de edad se le declaró una enfermedad paralizadora que progresivamente ha ido confinando a Hawking a una invalidez en una silla de ruedas, viéndose obligado a comunicarse con el exterior por medio de un ordenador especialmente diseñado para él; a pesar de que los médicos le pronosticaron un pronto desenlace fatal, el entusiasmo y la capacidad de lucha de Stephen le ha permitido seguir trabajando y elaborando estudios más allá de toda razón y expectativa médica.

“HISTORIA DEL TIEMPO” DE STHEPHEN W. HAWKING

RESUMEN El objetivo del autor es divulgar ampliamente sus conocimientos sobre la naturaleza del tiempo y del universo. Ofrece una introducción a las ideas científicas más importantes contemporáneas acerca del cosmos de manera tal que facilita la comprensión de las ideas básicas acerca del origen y destino del universo. Al igual que muchos otros libros de divulgación científica en la rama de la física, la Historia del Tiempo contiene cuatro elementos presentes en cualquier otro libro que aborde el tema en general: la física clásica, la mecánica cuántica, la teoría de la relatividad y la unificación de ambas en una teoría única que a la fecha todavía no se conoce. Hawking nos lleva por ese camino, con una fuerte referencia a su propia trayectoria profesional. La narración ocurre en primera persona, sobre todo en la parte de agujeros negros y la llamada radiación de Hawking. Esto le da al lector la correcta sensación que está leyendo (o escuchando en la mente) las palabras de un verdadero experto en el campo.

CAPITULO 1 Hace una recapitulación de los diferentes modelos del universo a través del tiempo pasando por la imagen antigua de que la Tierra era plana, sostenida por el caparazón de una tortuga gigante, hasta la descripción que hacen los científicos actuales del universo mediante dos teorías parciales fundamentales: la teoría de la relatividad general y la mecánica cuántica, y los esfuerzos de la física actual por la búsqueda de una teoría que incorpore a las dos anteriores: una teoría cuántica de la gravedad. El primer capitulo expone la evolución de nuestra imagen del Universo, que hasta hace poco se consideraba la doble I; inmóvil y invariable. La idea actual es que se trata de un Universo en expansión, en el que las galaxias se alejan cada vez más unas de otras. Pero si es así eso significa que el Universo aumenta respecto al tiempo, cuanto más tiempo pase más aumentara, si miramos al revés (me refiero a ir a atrás en el tiempo) el Universo sería más pequeño, y sus galaxias estarían más cercanas, hasta llegar a un punto infinitamente pequeño (y de densidad igualmente infinita, por que sino no se sostendría) en que todo estaba junto.

CAPITULO 2,3 Y 4 En los capítulos 2,3 y 4; el autor explica de qué forma las dos teorías, anteriormente expuestas en Historia del Tiempo vol. I (teoría de la Relatividad y teoría de la Mecánica Cuántica), junto a la idea de un Universo en expansión, pueden llegar a afectar nuestra visión de la realidad. La Relatividad ha terminado con la existencia de un espacio y un tiempo absolutos, Einstein lo explico mediante un ejemplo de un observador dentro de un tren y otro fuera de él, yo voy a explicarlo con una habitación cuadrada tridimensional, un cubo regular.

Se enciende una luz en el centro, de modo que las cuatro paredes, junto con el techo y el suelo se iluminan al mismo tiempo(suponemos que tenemos el típico zulo-piso de jóvenes, así que se vera al instante), porque la distancia desde el foco a cualquier lado de la habitación, son iguales, el dueño del piso situado en dicho centro, lo verá así. Pero su madre que intenta recoger los calcetines del cuadro de la pared, verá que ésta se ilumina antes que la opuesta, ya que el camino recorrido por la luz es, en este último caso, tres veces mas largo, El hecho deja, por tanto, que es relativo lo que pasa, según, la posición del observador. Por su parte la Mecánica Cuántica ha destruido otra parte del espacio y del tiempo absolutos, el determinismo. Nuestra experiencia cotidiana nos dice que todo aquello que sucede a nuestro alrededor obedece a una cadena de causas y efectos perfectamente predeterminados. Por ejemplo, siempre que cojamos agua y la calentamos hasta un determinado punto, está hierve y sale vapor de agua, si colocamos un objeto más pesado que el aire encima de ese vapor, el objeto se caerá. Para simple y lógico pero no todo es tan fácil. En el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, nos revela que no podemos conocer con total exactitud los fenómenos microfísicos, y no es por culpa de que no lo podamos ver todo, sino porque el comportamiento de las partículas es aleatorio. CAPITULO 5 En el capitulo cinco retomando, la continuación del libro de Stephen Hawking, trata sobre las cuatro fuerzas que actúan en la naturaleza. La que más os sonara sera la de la gravedad (Fuerza 1), que hace que todos los objetos se atraigan con una fuerza proporcional al cuadrado de su distancia. (véase Gravedad). En nuestra vida cotidiana lo estamos sintiendo constantemente, puesto que nuestro propio peso no es más que una fuerza con la que la Tierra nos atrae. Otra fuerza que conocemos y que nos rodea es la electromagnética (Fuerza 2), pues es la responsable de la atracción de los imanes. Es también la que hace que los electrones (de carga eléctrica negativa) giren alrededor de los núcleos atómicos (de carga eléctrica positiva y neutra por parte de los neutrones), ya que las cargas de distinto signo se atraen (y las del mismo signo se repelen, como ocurre con los polos de los imanes). Las otras dos fuerzas son la nuclear fuerte y la débil, que como su nombre índica sólo actúan en el núcleo atómico. Cual es su diferencia pues que la nuclear fuerte por decirlo sin meterme mucho en el tema es la que mantiene unido los protones antes mencionados con los neutrones, que son los que forman el núcleo atómico y al nuclear débil es la encargada de la radiactividad. Él cuenta en este capitulo cómo el primitivo modelo atómico se ha ido complicando a medida que avanzaban las investigaciones. La imagen del átomo como un minúsculo sistema solar en el que los electrones giran alrededor de un núcleo formado por protones y neutrones, ha ido dando lugar a modelos más complejos. Hace ahora cerca de unos cuarenta y dos años, por ejemplo se descubrió que los protones y los neutrones no son partículas

"elementales", como se creía, sino que a su vez está compuestas por otras más pequeñas, llamadas quarks, que nunca aparecen solas sino combinadas en grupo de tres, (aunque pasado ya el tiempo se sabe a estas alturas que existen dos agrupaciones está formada por el grupo de tres llamado Bariones y el otro llamado Mesones que es la formación de quark y de un antiquark, y que forman los Hadrones que junto a los Leptonesforman prácticamente toda la materia de la que estamos rodeados.)* * En el año 2003 se ha encontrado evidencia experimental de una nueva asociación de cinco quarks, los pentaquark aunque su existencia aún es controvertida. Según en el libro Hawking dice que no cree que encontremos partículas cada vez más pequeñas, según él: "tenemos razones teóricas para creer que poseemos, o estamos muy cerca de poseer, un conocimiento de los ladrillos fundamentales de la naturaleza", aunque yo lo dudo seriamente ya que nuestra tecnología no nos deja ver aún todo los que nos rodea.

En cuanto a las cuatro fuerzas, el mayor empeño de la Física actual está en unificarlas, en hallar una teoría que las relacione entre sí y que lo explique como una única fuerza fundamental. Hawking cree que esto tiene mucho que ver con el siguiente capitulo que hablare otro día, "Los Agujeros Negros". CAPITULO 6,8,9 Y 10 uestra mayor estrella, es una gigantesca bomba de hidrógeno en continua explosión; gracias a ella nosotros existimos, pero, ¿como consigue el Sol, mantenerse en su forma esférica y no reventar por la presión acumulada en su interior?, todo se lo debe a la fuerza de gravedad que contrarresta esa presión. Como todas las cosas, todo tiene un comienzo y un final y las estrellas no son menos, en concreto a nuestro Sol le quedan aprox. 5000 millones de años en consumirse, cuando eso ocurra, su enorme fuerza de gravedad, hará comprimir su materia estelar, hasta densidades desconocidas; por ejemplo un centímetro cúbico de una enana blanca, tienen una masa de decenas de toneladas, esto en estrellas digamos "pequeñas", si de verdad ocurriese en una de dimensiones grandes, el proceso no se detendría ahí, la gravedad seguirá comprimiendo la materia hasta llegar a un punto de volumen nulo y de densidad infinita. Un punto de densidad infinita es algo desconocido para nosotros, escapa incluso a las leyes físicas, y por ello se le denomina "singularidad". Por otra parte, una masa puntual generaría un campo gravitatorio tan intenso que ni siquiera la luz podría escapar de él. Cualquier objeto o cosa que se acercara lo suficiente a ello seria tragado por la "singularidad" y no podría escapar de ningún modo, ni siquiera a la velocidad de la luz. De ahí el nombre de agujero negro, porque es como el WC de los aviones una vez en marcha se lo traga todo., incluso la luz (por ello nosotros, con nuestros ojos no lo podemos ver). La distancia a partir de la cual no hay vuelta atrás, es lo que se denomina el horizonte del agujero negro. Entre 1965 y 1970, Hawking y el matemático Roger Penrose(seguramente os sonara el apellido), desarrollaron un trabajo teórico que vino a demostrar que, de acuerdo con

la Relatividad, dentro de un agujero negro tiene que haber, efectivamente, una singularidad de densidad infinita, parecida a la que, según la teoría del Big Bang, dio origen al Universo. Las investigaciones de Hawking, intentaron de alguna manera unificar la Relatividad con la Mecánica Cuántica, estas investigaciones le llevaron a modificar su punto de vista, hasta quedarse con la idea de un espacio-tiempo finito, pero ilimitado. Para comprender esto, pongamos como ejemplo, la tierra, es finita, pero ninguno de sus puntos puede considerarse principio o fin, y podemos movernos por ella en todas las direcciones sin encontrar nunca algo que nos impida pasar o dar media vuelta. El Universo propuesto por Hawking sería algo así, sólo que con cuatro dimensiones (las tres espaciales y la temporal) en lugar de las dos de la superficie terrestre. Hawking señala, que en un modelo así "no habría ninguna frontera del espacio-tiempo y, por tanto, no habría ninguna necesidad de especificar el comportamiento de la frontera. No existiría ninguna singularidad en la que las leyes de la ciencia fallasen y ningún borde del espacio-tiempo en el cual se tuviese que recurrir a algún ser divino o a alguna nueva ley... El Universo estaría completamente autocontenido y no se vería afectado por nada que estuviera fuera de él. No seria ni creado ni destruido. Simplemente sería". Lo más preocupante de este modelo de Hawking, es que necesitamos creer o imaginar un tiempo imaginario. Cosa que aun no podemos asimilar. CAPITULO 11,12 Al final del libro, Hawking retoma el tema de de la unificación de la Física y, recuerda los últimos intentos de tal unificación como la teoría de supercuerdas, al final llego a la conclusión, “ Pienso que hay una gran probabilidad de que el estudio del Universo primitivo y las exigencias de consistencia matemática nos conduzcan a una teoría unificada completa dentro del período de la vida de alguno de los que estamos hoy aquí, siempre suponiendo que antes no nos matemos a nosotros mismos.” Alcanzar esa teoría unificada completa, según él seria un primer paso de una serie de ellos: “incluso si encontramos un conjunto completo de leyes básicas, quedará todavía para los años venideros la tarea de desarrollar mejores métodos de aproximación, de modo que podamos hacer predicciones útiles sobre los resultados probables en situaciones complicadas y realistas. Una teoría unificada completa es solo el primer paso: nuestra meta es una completa compresión de lo que sucede a nuestro alrededor y de nuestra propia existencia”. Hawking ve en esta búsqueda una aventura de toda la Humanidad. En el último párrafo del ultimo capítulo, la Conclusión, dice: “Si de verdad descubrimos una teoría completa, con el tiempo habrá de ser, en sus líneas maestras, comprensible para todos y no únicamente para unos pocos. Entonces todos seremos capaces de tomar parte en la discusión de por que existe el Universo y por que existimos nosotros. Si encontrásemos una respuesta a esto, seria el triunfo definitivo de la razón humana, porque entonces conoceríamos el pensamiento de Dios.”

CONCLUSIONES El libro transcurre de una manera jovial y canónica hasta que llegamos a los últimos capítulos. Aquí Hawking nos cuenta su intento de armar un modelo del universo que no tenga principio ni fin. Es decir, trata de eliminar el Big Bang. Sería un universo que nunca empezó y nunca termina, como él mismo dice, sería un universo que simplemente es. La descripción de las ideas involucradas sale un poco de la realidad tangible pues las matemáticas que lo sustentan todo son complejas. Por más que se tienda el puente desde las ecuaciones a las analogías la idea que el lector puede formarse no deja de ser nebulosa, inquietante y a la vez emocionante. El libro termina con una sección filosófica sobre la naturaleza, las leyes de la física, el papel de un creador y si algún día los humanos tendremos a nuestra disposición una descripción completa del universo. En este renglón, la pregunta más persuasiva que Hawking formula se refiere al profundo misterio de la naturaleza última del universo: Incluso si hay sólo una teoría unificada posible, se trata únicamente de un conjunto de reglas y de ecuaciones. ¿Qué es lo que insufla fuego en las ecuaciones y crea un universo que puede ser descrito por ellas? Aun una teoría que lo explique todo no nos diría por qué el todo es como es y por qué obedece ecuaciones matemáticas. El libro condensa una parte de la aventura del pensamiento humano del siglo XX, que ha sido sin duda el punto en la historia que la física ha logrado una visión clara de las leyes que rigen nuestra vida diaria.