viernes, 9 de septiembre de 2011
Apuntes de física: LA EXPERIENCIA DE MICHELSON
El éter : Cuando Hertz descubrió las ondas electromagnéticas cuya existencia se puede deducir de las
ecuaciones de Maxwell, se conocían varios fenómenos ondulatorios como la propagación de vibraciones en
medios elásticos (cuerdas y placas, sonido, olas, etc.), y la luz. Los fenómenos ondulatorios mecánicos se
producían en un medio material que era el que oscilaba en el tiempo y en el espacio. La luz en cambio se
propagaba en el vacío, donde no se detectaba medio material algunoNo es posible concebir una perturbación2
de algo que no existe. Si hay perturbación es de "algo" y entonces se creyó en la existencia de ese algo
mecánicamente indetetectable y cuyas oscilaciones producían las ondas electromagnéticas y la luz como caso
particular. Se lo llamó éter, por su consistencia etérea o incorpórea: No era la primera vez que filósofos, físicos
y químicos empleaban este nombre para designar algún agente escurridizo a los sentidos, pero necesario para
una teoría.
Demás está decir que el nuevo éter debía tener curiosas características : un módulo de elasticidad
muy superior al del acero para justificar la tremenda velocidad de las ondas que viajaban en su seno; una
consistencia extremadamente sutil ya que su masa era indetectable; una extraordinaria difusibilidad que le
permitía penetrar en la materia.
A pesar de que la imagen de un fluido material no era apropiada para representar el misterioso medio
donde transcurrían las vibraciones luminosas, los físicos de principios de siglo creían y hablaban de ese "mar
de éter" por el que navegábamos todos a bordo de la tierra, y consecuentemente se preguntaban: ¿Será calmo
o agitado? ¿Estará alterado por los cuerpos en movimiento, con olas y remolinos?
Tenía sentido pensar que el mar de éter que inundaba el universo poseyera alguna relación de
posición y de velocidad con respecto al mismo: Y el propio universo, aún considerado muy grande y en
expansión, debía tener un centro de gravedad: éste era el punto fijo, el origen de coordenadas absoluto que
Newton había ubicado en relación a las "estrellas fijas".
Una hipótesis simple que se hacía era imaginar al éter sin movimiento absoluto neto con respecto al
universo, pero con posibilidad de perturbaciones locales: Por ejemplo se pensaba que la materia quizás
pudiera arrastrar localmente en forma más o menos al éter próximo.
El experimento
En 1881 los físicos norteamericanos Michelson y Morley hicieron un experimento para medir el
movimiento relativo de la tierra con respecto al éter. La idea era detectar el viento de éter al que seguramente
estaríamos expuestos por lo menos en alguna época del año, cuando la tierra en su incesante y variado
movimiento se encontrara "remando contra la corriente" .
Consideremos cómo se puede determinar la velocidad del viento midiendo la velocidad del sonido en
dos direcciones: Si el aire está quieto con respecto al observador, la velocidad no dependerá de la dirección. Si
en cambio existe viento, en la dirección del mismo se observará mayor velocidad y en contra, menor. Este es
el principio que Michelson trasladó al caso de la luz. En vez de recurrir a medir la velocidad de la luz en varias
direcciones con algún método directo, se sirvió de su interferómetro, que proporcionaba mayor precisión y
comodidad.
Cómo seguramente nuestro lector conoce, con el interferómetro de Michelson se comparan los
caminos ópticos de dos ramas perpendiculares observando la figura de interferencia entre los rayos que las
recorren. Así podremos razonar que si hay viento de éter, el número de longitudes de onda contenido en rayos
perpendiculares variará al girar el aparato. Esto se traducirá en un corrimiento de los famosos anillos de
interferencia que surgen al superponerlos.
Los físicos de la época nunca hubieran sospechado el dramático y desesperante resultado para el
que no estaban preparados: los anillos no se movieron un ápice cuando se giraba el aparato!..
La primera reacción fue desconfiar del propio aparato, pero éste era impecable, al igual que el
método empleado que predecía por lo menos corrimientos de 1/4 de franja perfectamente visibles. ¡Nada!...
Alguien sospechó que el laboratorio o la tierra hacían de pantalla al viento de éter. Así que se repitió la
experiencia a grandes alturas, en las cimas de las montañas y también en la estratosfera: Inútil: las franjas no
se movían al rotar el aparato en cualquier ángulo y en cualquier lugar.
Ante esa figura de interferencia que se mostraba inmóvil como en una foto, los físicos se decidieron a
interpretar el resultado sin prejuicios ni reservas sobre su veracidad: Una primera conclusión irrefutable: La
velocidad de la luz era constante para observadores que se movían a diferentes velocidades absolutas
uniformes: era una constante en cualquier sistema de coordenadas inerciales (sistemas con movimiento
absoluto uniforme). El éter parecía estar quieto con respecto a cualquier observador, incluso así se presentaba
a dos observadores con movimiento relativo entre ellos.
En la NOTA 1 se explica cuantitativamente este importante experimento.
Las interpretaciones
¿Cómo interpretar este resultado, que desde ya no podía atribuirse a fallas inherentes la técnica de medición,
por cierto tan meticulosa?
Hubo muchos intentos: La influencia del posible arrastre total por la proximidad de la tierra fue pronto
descalificado, como ya se mencionara, por repeticiones de experiencias similares con iguales resultados
realizadas en laboratorios estratoesféricos. Además se midió la velocidad de la luz en fluidos que circulaban
por tubos a gran velocidad: el arrastre era sólo parcial dentro del fluido en movimiento. Sorprendentemente la
velocidad medida en movimiento era menor que la suma de la velocidad de circulación del medio y la de la luz
en el medio quieto.
El reemplazo del éter por el campo electromagnético
Desde el punto vista del electromagnetismo, las ecuaciones de onda deducidas de las de Maxwell revelaban
que deberían existir oscilaciones de campos como resultado de la realimentación entre el eléctrico y el
magnético. De acuerdo a la forma de dichas ecuaciones de onda, se preveía que la velocidad de propagación
debía ser numéricamente igual a la de la luz. Poco después Hertz produjo ondas estacionarias de ese tipo en
el laboratorio, detectando los nodos eléctricos y magnéticos con su célebre resonador
El concepto físico de campo (gravitatorio, eléctrico o magnético) es el de una propiedad del espacio
que rodea a las masas, cargas o corrientes, respectivamente, que explica la acción a distancia de la fuerza
sobre otra masa, carga o corriente. Se puede reemplazar al éter dejando en su lugar a los campos como
portadores de ondas y como responsables de las propiedades del espacio. Puede abandonarse así la idea del
éter material con sus extrañas propiedades mecánicas para pasar al campo electromagnético que viene a ser
un éter de propiedades bien definidas y estudiadas por la electricidad y la matemática. Con la teoría de los
campos es más fácil asumir y plantear el hecho que las ondas electromagnéticas son perturbaciones que se
propagan con la misma velocidad respecto a cualquier observador, esté éste fijo o moviéndose a cualquier
velocidad absoluta.s
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Sitúan la posición del agujero negro central de M87
Un equipo de astrónomos dirigido por Kazuhiro Hada (SOKENDAI/NAOJ) ha medido la posición de un agujero negro supermasivo en M87 con mucha precisión. Los datos en radio de 43 GHz permitieron observar el motor central del chorro de materia de M87, el lugar donde el material se precipita al agujero negro, a menos de 0.02 años-luz.Se sabe que los agujeros negros supermasivos de cientos de millones de veces más masa que el Sol residen en los núcleos de las galaxias. En su camino de caída dentro de estos monstruos, el material forma un disco circular que orbita alrededor del agujero negro. Potentes chorros de partículas ultrarrelativistas, alimentados por la energía gravitatoria de los agujeros negros, resultan expulsados de este sistema de "agujero negro-disco circular" a velocidades tremendas. A lo largo de los polos del disco se expulsa gas supercargado a alta velocidad, y una pareja de chorros de partículas.
Las observaciones con el complejo de radiotelescopios Very Large Baseline Array (VLBA) han revelado que el pico de intensidad de la imagen en 43GHz está muy cerca del agujero negro. El horizonte de sucesos (del que la materia ya no puede escapar) del agujero negro de M87, tiene aproximadamente el doble del tamaño de nuestro Sistema Solar. La nueva medida indica que el centro de la imagen en 43GHz está en un área no mayor de 7 veces el tamaño del horizonte de sucesos.
"Medir con precisión esta posición proporciona datos importantes para comprender cómo se produce este chorro altamente energético. Además, pronto podremos obtener una imagen directa del flujo de acrecimiento y del lugar de producción del chorro en una escala comparable a la del horizonte de sucesos en M87", afirma Hada. http://observatori.uv.es
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Una estrella que no debiera existir
Un equipo de astrónomos europeos utilizó el Very Large Telescope (VLT) de ESO en Cerro Paranal, en Chile, para localizar a una estrella en la Vía Láctea que para mucho no debiera existir. Los científicos descubrieron que esta estrella se compone casi totalmente de hidrógeno y helio, con cantidades muy pequeñas de otros elementos químicos. Esta inusual composición la coloca en la "zona prohibida" de una teoría de formación estelar ampliamente aceptada, lo que implica que esta estrella es prácticamente imposible. Los resultados aparecerán en la edición del 1 de septiembre de 2011 de la revista Nature.
Una tenue estrella en la constelación de Leo, llamada SDSS J102915+172927, resultó ser la que posee la menor cantidad de elementos más pesados que el helio (lo que los astrónomos llaman "metales") de todas las estrellas estudiadas hasta ahora. Tiene una masa más pequeña que la del Sol y probablemente tiene más de 13 mil millones de años.
"Una teoría ampliamente aceptada predice que las estrellas de este tipo, con poca masa y cantidades extremadamente bajas de metales, no debiera existir, porque las nubes de material en donde se formaron nunca podrían haberse condensado", dice Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Alemania y el Observatoire de Paris, Francia), autora principal del estudio. "Fue sorprendente encontrar por primera vez una estrella en esta ‘zona prohibida’, y esto significa que tendrán que revisarse algunos de los modelos de formación estelar".
El equipo analizó las propiedades de la estrella usando los instrumentos X-shooter y UVES del VLT. Esto les permitió medir la abundancia de los diversos elementos químicos presentes en la estrella. Así lograron determinar que la proporción de metales en SDSS J102915+172927 es más de 20 000 veces más pequeña que la del Sol.
"La estrella es tenue y tan pobre en metales que sólo pudimos detectar la huella de un elementos más pesados que el helio -calcio- en nuestras primeras observaciones", dijo Piercarlo Bonifacio (Observatoire de Paris, Francia), quien supervisó el proyecto. "Tuvimos que pedir tiempo adicional de telescopio al Director General de ESO para estudiar la luz de la estrella en mayor detalle y durante un tiempo de exposición prolongado, para tratar de encontrar otros metales".
Los cosmólogos creen que los elementos químicos más ligeros -como hidrógeno y helio- se crearon poco después del Big Bang, junto con algo de litio, mientras que casi todos los demás elementos se formaron posteriormente al interior de las estrellas. Las explosiones de supernova fueron las responsables de esparcir este material estelar hacia el medio interestelar, volviéndolo más rico en metales. Nuevas estrellas se formaron a partir de este medio enriquecido, las que posee una mayor cantidad de metales en su composición que las estrellas más viejas. Por lo tanto, la proporción de metales en una estrella nos indica cuántos años tiene.
"La estrella que estudiamos es extremadamente pobres en metales, lo que significa que es muy primitiva. Podría ser una de las estrellas más antiguas que se ha encontrado", añade Lorenzo Monaco (ESO, Chile), otro integrante del equipo que realizó el estudio. http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=136&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74leer mas
miércoles, 7 de septiembre de 2011
Las primeras centrales nucleares para la Luna y Marte, listas en 2012
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NASA
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lunes, 5 de septiembre de 2011
El meteorito que hizo huir a un poblado
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XINHUA
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sábado, 3 de septiembre de 2011
Un plan para atraer asteroides hacia la Tierra
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| Asteroides capturados en la órbita de la Tierra podrían ser utilizados para explotación minera |
viernes, 2 de septiembre de 2011
¿Cuánta materia y radiación puede contener una galaxia?
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| Foto: MICHAEL RAUCH |
Hubble: Una visión animada de jóvenes estrellas
Nuevos videos realizadas por combinación de imágenes del telescopio espacial Hubble brindan nuevos detalles acerca del proceso de formación de nuevas estrellas, mostrando con gran detalle objetos Herbig-Haro formados por jóvenes astrosLos chorros de gas o jets son un subproducto de la acreción del gas alrededor de estrellas que se están formando y que eyectan ese gas a velocidades supersónicas de 100 millas por segundo en dirección opuesta a través del espacio.
El fenómeno brinda nuevas pistas acerca de los estadíos finales de formación de una estrella, permitiendo espiar cómo nuestro Sol se habría formado.
A través del tiempo, la nítida visión del Hubble permitió recolectar imágenes de alta resolución durante 14 años que se combinaron para formar videos.
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Rusia levanta la suspensión de lanzamientos de su principal cohete
La agencia espacial de Rusia dio este martes luz verde a la reanudación de lanzamientos del principal cohete que utiliza para transportar satélites al espacio después de determinar la causa de un lanzamiento fallido este mes. Roskosmos suspendió el uso de los cohetes Proton-M la semana pasada después del lanzamiento fallido ocurrido el 18 de agosto, que situó al satélite de comunicaciones Express-AM4 de 265 millones de dólares en la órbita equivocada.
Una comisión de investigación dijo que un problema con una parte de la unidad de aceleración Briz-M del cohete causó que éste perdiera su orientación, según dijo Roskosmos en un comunicado en su página web www.roscosmos.ru.
"Como resultado del trabajo de la comisión, la prohibición de preparativos para lanzamientos de cohetes Proton-M con impulsores Briz-M se ha levantado", dijo, y agregó que se harían las reparaciones recomendadas antes de futuros lanzamientos.
Roskosmos redactará un nuevo calendario de lanzamientos para el resto del 2011. Antes del accidente estaban programados hasta finales de año 10 lanzamientos más del Proton-M, el principal cohete ruso para satélites pesados comerciales y militares.
Una semana después de perder el Express-AM4, dado a conocer por su fabricante EADS como el satélite más potente jamás construido en Europa, una nave rusa no tripulada también fracasó, alterando la entrega de suministros a la tripulación de la Estación Espacial Internacional.
La nave Progreso, que iba a entregar combustible, alimentos y otros suministros a la estación y a los seis astronautas rusos, estadounidenses y japoneses que forman parte de su tripulación, se incendió en la atmósfera poco después de su despegue el 24 de agosto.
Roskosmos dijo el lunes que el regreso a la Tierra de tres miembros de la tripulación, previsto para el 8 de septiembre, se retrasaría alrededor de una semana, y que la próxima misión tripulada a la estación orbital se retrasaría al menos un mes desde su fecha prevista para el 22 de septiembre.
Cualquier retraso adicional podría obligar a que los funcionarios espaciales dejaran sin tripulación a la estación, un proyecto de 100.000 millones de dólares y 16 naciones construido principalmente por Estados Unidos y Rusia, por primera vez desde el 2000.
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jueves, 1 de septiembre de 2011
¿Elenin se esta desintegrando?
Las recientes imágenes de Michael Mattiazzo muestran más atenuación y un núcleo alargado, que podría indicar la ruptura del núcleo:
Personal curva de luz del cometa C/2010 X1 Elenin La curva roja la estimación del brillo que se pronostica. H0=10 y n=4. La línea púrpura es el tiempo del perihelio. Los puntos negros son estimaciones personales de la magnitud.Las observaciones del 20 de agosto indican que el cometa Elenin sufrió un dramático desvanecimiento. El cometa esta en el proceso de desintegración en su camino hacia su perihelio, y así ya no se convertirá en potencialmente observable a simple vista.http://cometaelenindiaadia.blogspot.com/ leer mas
Personal curva de luz del cometa C/2010 X1 Elenin La curva roja la estimación del brillo que se pronostica. H0=10 y n=4. La línea púrpura es el tiempo del perihelio. Los puntos negros son estimaciones personales de la magnitud.Las observaciones del 20 de agosto indican que el cometa Elenin sufrió un dramático desvanecimiento. El cometa esta en el proceso de desintegración en su camino hacia su perihelio, y así ya no se convertirá en potencialmente observable a simple vista.http://cometaelenindiaadia.blogspot.com/ leer mas
Trazan un mapa del campo magnético de la Vía Láctea a gran escala
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| Foto: NAOC/MPIFR |
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