Jordi Pereyra, graduado en Ingeniería Mecánica, es un divulgador científico que mantiene activo un blog muy interesante que muchos de vosotros seguro que conoceréis, Ciencia de Sofá. En sus artículos explica diferentes aspectos y cuestiones científicas, siempre muy bien explicados y argumentados, desmonta patrañas como las de la Tierra Plana y compañía, responde a preguntas y dudas de sus lectores… en fin, un blog muy didáctico y recomendable para gente como yo y como, supongo, la mayoría de vosotros, amables lectores de El Cedazo, interesados en Física y Ciencia en general.
El libro que hoy comento, Las 4 fuerzas que rigen el Universo, lo ha publicado en Amazon tanto en papel como en formato electrónico y, me imagino, está basado en artículos publicados en el blog convenientemente arreglados, corregidos y aumentados para dar finalmente lugar a un libro muy ameno y bien construido.
Por cierto, las cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza a las que se refiere son, naturalmente, la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Sí, ya sé (y el autor lo sabe también) que en realidad las fuerzas electromagnética y débil son en realidad la misma, la fuerza electrodébil,[1] pero la realidad es que sus manifestaciones son en nuestros tiempos tan distintas que de cara a su descripción es mejor mantenerlas como fuerzas distintas.
Jordi Pereyra
Cuando comencé a leer el libro yo esperaba encontrarme algo parecido a lo que nuestro querido Pedro comenzó a escribir hace eones en su serie Las cuatro fuerzas… magnífica serie de la que escribió cinco artículos y que nunca terminó. De hecho, ni siquiera terminó la descripción de la primera de las fuerzas que trataba, la gravedad. Sí, sniff, se trataba de una serie magnífica y maravillosamente construida, pero inacabada. Bueno, pues el caso es que yo pensaba que Jordi Pereyra habría tomado la misma aproximación al invento… y sí, pero no.
En realidad, como no podía ser de otra forma, se acerca a la descripción de cada fuerza de una forma diferente. Allí están también los apuntes históricos de cómo los filósofos naturales y científicos de épocas pasadas fueron dándose cuenta de lo que es la gravedad, el electromagnetismo, etc, y cómo iban explicando dichos fenómenos,[2] pero desde luego sin la doctoral profundidad que Pedro solía usar en sus escritos. A cambio, Pereyra no sólo se centra en describir la fuerza concreta de la que habla en cada capítulo, por ejemplo la gravedad, sino que va y viene con los diferentes aspectos que la gravedad muestra en nuestro día a día y en las manifestaciones que dicha fuerza tiene en ambientes diferentes o en otras disciplinas científicas, como por ejemplo química, o tectónica de placas, o en el problema de la determinación de la longitud terrestre a lo largo de la historia y cómo el péndulo, que la gravedad hace que tenga un periodo fijo, ayudó a solucionarlo, entre otras muchas anécdotas y datos de interés.
El resultado es un texto muy fluido y sencillo de leer, ayudado por las casi siempre impertinentes preguntas de la misma Voz Cursiva que aparece continuamente en los artículos del blog, y que hace el papel de Simplicio en los Discursos de Galileo, es decir, mitad Pepito Grillo, mitad cuñado escéptico que no se cree nada de lo que dices. Y así, del diálogo entre el autor y la Voz Cursiva se siguen conversaciones impagables a lo largo del libro.
En cuanto al contenido del libro, está dividido en un prólogo y luego en cuatro partes.[3] La primera parte está dedicada a la gravedad; la segunda al electromagnetismo, como sabéis el resultado de unificar la electricidad y el magnetismo por James Clerk Maxwell; la tercera parte, a las dos fuerzas nucleares, la fuerte y la débil juntas y, por fin, la cuarta parte está dedicada al posible futuro, a la elegante pero esquiva Teoría del Todo, en la que Pereyra nos cuenta el estado actual de las teorías de unificación, pero sin ponerse muy pesado con ellas como Brian Greene haría en su lugar. Por cierto, quizá os haya llamado la atención que Jordi Pereyra dedique tres artículos a la fuerzas fundamentales de la naturaleza, uniendo la descripción de las dos fuerzas nucleares, la fuerte y la débil, en un solo capítulo, cuando en realidad sí que son tres la fuerzas básicas: gravedad, fuerza nuclear fuerte y fuerza electrodébil… pero ni Jordi ni nadie que yo sepa describe la fuerza electromagnética[4] en el mismo capítulo que la fuerza débil,[5] puesto que son aparentemente tan diferentes en sus manifestaciones actuales que poco sentido tiene contarlas juntas. Y esto del lío de las cuatro fuerzas fundamentales que en realidad son tres y quizás sólo dos y quien sabe si alguna vez será una sola me recuerda al famoso (y antiguo, muy, muy antiguo) chiste en el que la profesora le pregunta a Jaimito: “Jaimito, ¿cuáles son las cinco partes del mundo?”, y Jaimito, impertérrito, contesta: “Las cuatro partes del mundo son tres: Europa y Asia”. Pues eso, si las Teorías del Todo llegan finalmente a algún resultado en sus esfuerzos unificadores, igual acabamos en el futuro igualito que el ínclito Jaimito, por ejemplo: “Macluskey, ¿cuáles son las cuatro fuerzas de la naturaleza? Pues las tres fuerzas de la naturaleza son dos: ¡la gravitoelectronuclearnifuertenidébil!“… o algo así.
En fin, chistes malos aparte, Las 4 fuerzas que rigen el Universo es un libro muy ameno que a mí me ha resultado muy entretenido de leer y además me ha enseñado bastantes datos y temas que no conocía… está claro que por mucho que uno lea sobre ciencia, siendo uno un aficionado, un lego, no un físico profesional, siempre se aprende algo nuevo, y leyendo este libro yo he aprendido cosas nuevas. Lo que compensa el precio del libro, desde luego, libro que, como dije antes, se puede encontrar en Amazon tanto en formato papel como electrónico.
Disfrutad de la vida, mientras podáis.
- Glashow, Salam y Weinberg lo demostraron teórica y empíricamente en los años 60 y 70 del siglo pasado, y por ello les concedieron el Premio Nobel de Física en 1979. [↩]
- No, de las dos fuerzas nucleares los filósofos naturales y científicos hasta el siglo XX no tenían, lógicamente, ni la menor idea de su existencia. [↩]
- Claro, pensaréis, una parte para cada fuerza… pues no. [↩]
- Responsable de los fenómenos eléctricos y magnéticos tanto a nivel micro como macro. [↩]
- Responsable básicamente de la conversión de un neutrón en un protón dentro del núcleo, con la emisión de un electrón y ciertos neutrinos, y viceversa, aunque en este caso no queda como resultante un electrón, sino su antipartícula, el positrón y otros neutrinos. [↩]
The ¿Has leído Las 4 fuerzas que rigen el Universo, de Jordi Pereyra? by , unless otherwise expressly stated, is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.
{ 9 } Comentarios
Jordi Pereyra , en “RESPUESTAS CORTAS (II): ¿POR QUÉ EL MERCURIO ES LÍQUIDO (A TEMPERATURA AMBIENTE)? afirma esto : “en el caso del mercurio, los electrones que orbitan más cerca del núcleo se tienen que mover al 58% de la velocidad de la luz para no precipitarse contra él” .. me dejó grandes dudas esta afirmación , tengo entendido que los electrones a medida que se acercan al núcleo pierden energía (átomo de Bohr) . si alguien conoce más de éste tema espero su cooperación para resolver mi duda . Pd. alguien le preguntó y no tuvo respuesta , y ya que se menciona su blog aquí , quien sabe .
Hola Baran,
aunque no soy un experto me atrevo a darte una respuesta. Un electrón en su orbital tiene dos tipos de energía (no tengo en cuenta que su masa es también energía): potencial y cinética. La potencial va creciendo a medida que el radio del orbital es más grande (la carga negativa del electrón está más alejada de la carga positiva del núcleo), mientras que la cinética es proporcional a la velocidad el electrón, que a su vez es inversamente proporcional al radio orbital. Va creciendo a medida que el electrón está más cerca del núcleo. Luego en los orbitales los gradientes de ambos tipos de energía van en sentido contrario.
Caso relativista. Si el número de protones del núcleo es muy alto, la fuerza con que atraen al electrón más interno es muy grande, el radio del orbital es más pequeño, por lo que la velocidad del electrón en ese orbital puede llegar a aumentar hasta valores relativistas, en cuyo caso la masa del electrón aumentará de forma significativa, por lo que el radio orbital se va haciendo incluso menor. Más velocidad y menos radio.
En resumen, en estos núcleos grandes es cierto que los electrones más internos incrementan apreciablemente su energía cinética pero es que, a su vez, al estar más cerca del núcleo su energía potencial disminuye, siendo el efecto conjunto el de una disminución de la energía total en el orbital, manteniéndose el hecho cierto que los orbitales superiores siguen teniendo más energía total que los interiores.
jreguart, mil gracias por tu respuesta , siempre tan gentil y generoso . sabes que esto me hizo pensar en el sistema solar y el planeta Mercurio con su mayor velocidad orbital que se va haciendo progresivamente menor hasta llegar a Plutón , me imagino que esto debe ser producto de la interacción gravitatoria , y lo del átomo por la electrostática . en el mentado artículo también se menciona esto : “los electrones que rodean los núcleos de los elementos más pesados tienen que moverse muy deprisa para mantenerse en órbita a su alrededor”. quiere decir esto que esa mayor energía cinética es la que les salva de caer al núcleo ? . no me deja de sorprender el parecido de estos fenómenos a escalas tan exageradamente distintas .
Hola Baran,
Como tu dices la fuerza electromagnética es similar a la de la gravedad, las dos son atractivas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre las dos cargas eléctricas o entre los dos centros de masas. Luego parece lógico que tengan comportamientos y efectos hasta cierto punto parecidos.
Siempre recuerdo un ejemplo que leí por primera vez no sé cuando. Si tu tiras una piedra horizontalmente, como le impulsas muy poco se va a caer al suelo unos metros más allá de tus pies (la parábola de la trayectoria de la piedra en su caída cortará a la circunferencia de la superficie terrestre muy cerca). Si le das más velocidad de salida, la curvaturá de su trayectoria resistirá más y caerá aún más lejos, supón que ya en el pueblo de al lado. A medida que la vas impulsando más rápido puede ir resistiendo la acción de la gravedad y ajustar la curvatura de su trayectoria a la de la Tierra durante más tiempo y llegar así aún más lejos. Llega un momento en que la velocidad de salida es tan grande que la piedra consigue dar la vuelta entera a la Tierra sin caerse y seguir así (si no hay rozamientos u otras interferencias dinámicas).
Ahora piensa en distintas alturas de lanzamiento. Otro ejemplo tonto para ello: si estás en el valle al pie del Everest la piedra caerá casi junto a ti; si estás en la cima y la lanzas igualmente con tu mano, la piedra quizás pueda llegar al valle a unos cuantos cientos de metros; cuanto más elevado te sitúes, para la misma velocidad de salida, la que le imprime tu brazo, la trayectoria llegará aún más lejos.
Mezclando los dos ejemplitos se puede intuir fácilmente que para cada altura sobre la Tierra, para que se mantenga en órbita la piedra, existirá una velocidad límite (para que orbite) del impulso la cual es lógicamente distinta, decreciente a medida que la lanzas desde más altura.
Hola jreguart y Baran,
Otra forma de verlo, es pensando en la fuerza inercial. A mi me gusta esa forma por que a gravedad no es mas que otra fuerza inercial, segun tengo entendido. Si nos imaginamos una piedra dando vueltas alrededor de la tierra atada a una cuerda (un tierra idealmente pequena supongo, a con unos surcos hasta el centro para poder atar la cuerda, lo que mas os guste) si consideramos la tension de la cuerda (fuerza centripeda), el momento en el que esta se iguala a la fuerza de al gravedad a cierta altura, la cuerda no tendra ninguna tension y por lo tanto podemos cortar la cuerda y nuestra piedra seguira dando vueltas, u estara en orbita. A lo mejor suena un poco mas complicado como ejemplo, pero si intentais hacerlo con formulas, me parece recordar que es la aproximacion mas sencilla (para quien lo entienda –> mMg/r^2 = mw^2r –> Mg/r^3=w^2 –> Mg/r=v^2 (despues de escribirlo se me ha ocurrido buscar velocidad orbital en la wikipedia y lo hacen justo asi, lo dejo por que asi somos al menos dos que creemos que es asi https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_orbital)).
Respecto a los orbitales, me parece que desde un punto de vista cuantico, los electrones tienen cierta energia en cada orbital, como consigan tener esa energia, bien cinetica o potencial, es indiferente (un electron puede estar en la luna y moverse muy despacito o estar lamiendo el atomo y moverse muy rapido, quitando que hay mas probabilidades de que haga lo segundo, el orbital es el mismo y al universo le da igual) y cuando se mueven entre orbitales pierden o ganan energia no la transforman, la emiten o absorven fotones o lo que sea.
Hola Sergio B,
gracias por tu aportación.
la explicación sobre los electrones más veloces cercanos al núcleo con su mayor energía cinética me sacó de varias dudas . lo que me cuesta es entender como los dos electrones del primer nivel energético no sucumben a un núcleo de uranio de 92 protones jalando de ellos . a no ser que esa velocidad y masa extras que adquieren cercanos al núcleo sea la razón .
Aquí se han buscado semejanzas con el planet Mercuri orbitando el Sol y los electrones orbitando muy de cerca un núcleo atómico . Creo ver algunas diferencias : Mercurio curva el espacio y esa curvatura le ayuda a no precipitarse (que yo sepa los electrones no) los demás planetas también jalan de Mercurio y eso es una gran ayuda (los electrones al contrario) Mercurio describe una órbita especialmente excéntrica que con el afelio compensa su peligroso acercamiento. .. Para que seguir . En lo único que se parecen es en la velocidad mayor que adquieren a medida que se aproximan a quién los atrae y en ese caso me quedo con el ejemplo de la canica girando en el cuenco . …Ahhhh y me olvidaba que a los electrones hay que agregarles la cuántica en sus extraños comportamientos .
Gerardo,
El sol curva el espacio y Mercurio no se cae por que se esta moviendo, la curvatura del espacio producida por mercurio es irrelevante, casi tanto como el efecto del resto de planetas que no solo estan mucho mas lejos que el sol y su masa es ridiculamente pequena en comparacion. En las orbitas excentricas, el afelio no compensa nada ni hay un peligroso acercamiento, mientras que no te sumerjas en la atmosfera, es lo mismo que estes a 0.3 o a 0.46 UA, el peligro es el mismo. Por cierto, a la orbita de mercurio hay que agregarle la relatividad para entender su extrano comportamiento. No es una cuestion de tener un velocidad mayor a medida que se aproximan a quien los atrae, sino a tener una velocidad orbital mayor segun estes mas cerca, por ejemplo, Mercurio, cuando esta en el perihelio tiene una velocidad mayor que la velocidad orbital a esa distancia.
Y si, el atomo de Bohr no sirve para nada y el empeno es ensenarlo es bastante estupido y contraproducente, pero se pierde tiempo hablando de Aristolteles y compania y ellos dijeron un monton mas de barbaridades, asi que por que no?
Escribe un comentario