domingo, 26 de agosto de 2012
“En el fondo…. hay mucho espacio”
Richard P. Feynman (Nobel de física 1965)
El discurso de Feynman "There is plenty of room at the bottom"
A pesar de que el concepto de nanotecnología no es algo fijo y cerrado sino que se va construyendo poco a poco, a medida que se realizan nuevos experimentos, su origen sí parece estar claro para todos. Miremos donde miremos y leamos lo que leamos, la palabra nanotecnología resulta indisolublemente ligada a Richard Feynman.
Richard Feynman nació en Nueva York en el año 1918. En 1939 se licenció en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), obteniendo posteriormente un doctorado por la Universidad de Princeton. En estos años de juventud es invitado a participar en el proyecto Manhattan (que concluyó con la construcción de la primera bomba atómica). La mayor parte de su carrera científica la desarrolló en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California (conocido internacionalmente como Caltech), donde trabajó en muy diversos temas, destacando los relacionados con la electrodinámica cuántica por los que fue galardonado con el Premio Nóbel de Física en 1965. "Por su trabajo fundamental en electrodinámica cuántica, con sus profundas consecuencias para la física de las partículas elementales" (compartido con Julián Schwinger y Tomonagá).
Además de su trabajo como científico fue un importante divulgador a través de libros {"¿Está Vd. de broma, Sr. Feynman?" o "¿Qué te importa lo que otras personas piensen?") y lecciones dedicadas a sus estudiantes ("Conferencias de Física de Feynman").
El 29 de Diciembre de 1959, varios años antes de recibir el Premio Nóbel, (durante el “Encuentro anual de la American Physical Society”, en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena), Richard Feynman pronunció una conferencia con el sugerente título
"Hay mucho espacio al fondo" {"There is plenty of room at the bottom")
donde puso los pilares de lo que más tarde se conocería como nanotecnología. En esta ya mítica conferencia, Feynman trató sobre cómo manipular, controlar y fabricar objetos de muy pequeñas dimensiones, abordando el problema desde una perspectiva absolutamente distinta a como se había hecho hasta el momento y abriendo todo un nuevo mundo de posibilidades. Lo que en aquel momento pareció sólo un sueño surgido de la mente de un científico, el paso del tiempo ha demostrado que era posible convertirlo en una realidad. "Me gustaría describir un campo", comenzaba Feynman en su discurso, "en el cual muy poco ha sido hecho hasta el momento, pero en el que, en principio, una gran cantidad de cosas pueden hacerse. Más aún, lo más importante es que podría tener un gran número de aplicaciones técnicas. De lo que quiero hablar es del problema de manipular y controlar objetos a muy pequeña escala".
Los orígenes de la nanotecnología se remontan a hace medio siglo, y ya al comienzo de su conferencia, Feynman se hacía la siguiente reflexión: "En el año 2000, cuando se mire hacia atrás, todo el mundo se preguntará por qué hasta el año 1960 nadie empezó a moverse seriamente en esta dirección". Esa dirección de la que hablaba Feynman se refería a la posibilidad de crear tecnología desde una nueva perspectiva basada en la manipulación y el control de objetos tan pequeños como los propios átomos. "No me asusta considerar la pregunta final de si en el futuro, podremos colocar los átomos como queramos: ¡los verdaderos átomos, aquellos que están al fondo! Y ¿cuáles serían las propiedades de los materiales si pudiéramos verdaderamente colocarlos como quisiéramos? No puedo saber exactamente qué pasaría, pero no tengo la menor duda de que si controlásemos la colocación de objetos a una pequeña escala, tendríamos acceso a un amplio rango de propiedades que los materiales pueden presentar y podríamos hacer una gran cantidad de cosas". Esta idea que, en principio, podría parecer ciencia-ficción, venía avalada por el hecho de que, según Feynman, esta manipulación de los átomos no contradecía ninguna ley física, y por tanto, no había ningún motivo para que no pudiese llevarse a cabo.
"Los principios de la física, tal y como yo los veo, no niegan la posibilidad de manipular las cosas átomo por átomo. Al no violar ninguna ley, no hay motivo para que no pueda hacerse, y si en la práctica no se ha llevado a cabo todavía es porque somos demasiado grandes", dijo Feynman. "En el mundo de lo muy, muy pequeño, muchas cosas nuevas podrán suceder, porque los átomos se comportan de manera distinta a como lo hacen los objetos a mayor escala, pues deben satisfacer las leyes de la mecánica cuántica. Si nos reducimos y comenzamos a juguetear con los átomos allá abajo, estaremos sometidos a unas leyes diferentes, y podremos hacer cosas diferentes. A nivel atómico, aparecen nuevos tipos de fuerzas, nuevas posibilidades, nuevos efectos". Y todo esto, según Feynman, abriría nuevas posibilidades, por ejemplo, en el campo de la síntesis de moléculas por parte de los químicos. "Resulta interesante que, en principio, es posible que un físico sintetizase cualquier molécula que un químico le dibujase. Se le dan las órdenes y el físico sintetiza la molécula. Pero ¿cómo? Colocando los átomos allí donde el químico le ha indicado previamente. Y así creamos la sustancia. Si desarrollamos la capacidad de ver lo que estamos haciendo y de realizar cosas a nivel atómico, ayudaremos a resolver muchos problemas planteados por la química y la biología". Aparece aquí, por tanto, una de las ideas básicas de la nanotecnología y que consiste en un cambio de estrategia a la hora de fabricar estructuras: el paso de una tradición top-down a un futuro bottom-up.
A pesar de lo obvio que le resultaba a Feynman que la dirección a seguir fuese la planteada en su discurso, hizo falta que pasarán al menos 30 años para que sus ideas empezasen a concretarse. Y el principal motivo fue la falta de herramientas adecuadas que permitiesen la manipulación de átomos y moléculas. Durante su discurso, Feynman ya propuso algunas soluciones para ciertos problemas que él mismo planteaba, como por ejemplo: ¿Por qué no podemos escribir los 24 volúmenes de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler? o ¿cómo disminuir el tamaño de las computadoras? Sin embargo, sus respuestas involucraban algo técnicamente imposible para la época. Fue en 1981 cuando dos investigadores, G. Binning y H. Rohrer, mientras trabajaban en los laboratorios de IBM en Zürich, inventaron el microscopio de efecto túnel. Estos investigadores ganaron el Premio Nóbel en 1986, abriendo un mundo nuevo: la posibilidad de ver y manipular átomos y moléculas y permitiendo, por tanto, que muchas de las ideas de Feynman pudiesen ponerse en práctica.
Otra idea básica que aparece siempre que se habla de nanotecnología, también mencionada por Feynman a lo largo de su discurso, es la necesidad de tomar la Naturaleza como modelo para fabricar objetos que funcionen de manera parecida: "Un sistema biológico puede llegar a ser extremadamente pequeño. La mayor parte de las células son diminutas, pero a la vez muy activas: producen numerosas sustancias, se mueven, se contonean, realizan todo tipo de cosas maravillosas y todo en una escala muy pequeña. También son capaces de almacenar información. Consideremos la posibilidad de que nosotros también pudiésemos construir un objeto extremadamente pequeño capaz de realizar las funciones que nosotros deseemos". En este postulado está la base de lo que medio siglo después llamamos biología sintética.
Por último y con un cierto toque de humor, al finalizar el discurso, Feynman se pregunta: ¿Quién debe llevar a cabo las ideas propuestas y por qué debería hacerse? Y puesto que su respuesta es que debería ser (aparte de por motivos económicos) por pura diversión, acaba proponiendo un pequeño concurso entre universidades para ver quien puede reducir más el tamaño de, por ejemplo, las letras escritas en un objeto.
* La transcripción completa del discurso de Feynman la podemos encontrar en la siguiente dirección: http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html
Que vas a encontrar en este blog
Lo que vas a tener aquí, no son solo simples documentos, diapositivas o videos, sino que es una oportunidad para generar nuevos conocimientos en tu vida, conocer mas temas acerca del fascinante mundo de la física moderna.
Lo que vas a encontrar en este manual es un largo tiempo de trabajo y amor hacia la física, me llevará mucho tiempo terminarlo y estoy muy contento de poder compartir todas mis ideas, pensamientos y conocimientos que iré aprendiendo a lo largo del curso de física moderna.
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Descripción del desarrollo del curso
1) Desarrollo de la Inteligencia Emocional
A la Universidad no solo venimos a instruirnos, sino también a educarnos. En tal sentido iremos evolucionando nuestra inteligencia emocional interna, aquella que nos permite entendernos y potenciar nuestro carácter; y nuestra inteligencia externa, aquella que nos permite entender a los demás y socializar.
2) Lecturas (investigación monográfica)
3) Separatas
Se desarrollaran 4 separatas que tendrán 2 objetivos,
a) Cubrir la parte práctica del curso (capacidad de analizar, enfocar y resolver problemas)
4) Búsquedas
Actualmente el problema de la información consiste en obtenerla con rapidez y generar mayor información útil, en tal sentido debemos desarrollar competencias de buenos buscadores de información, se propondrán búsquedas, por ejemplo:
En 1930 P. Dirac propone el vacío electromagnético, el cual difiere sustancialmente del vacío Aristotélico, según este brillante físico teórico que remodelo la Mecánica Cuántica , el vacío esta “lleno” de partículas virtuales…Busque las diversas concepciones (modelos) de vacío que usa la Física.
5) Experimentos
a) Experimentos convencionales (tipo Laboratorio)
b) Experimentos virtuales (Simulaciones)
6) Periodismo Científico
La divulgación de las Ciencias se constituye en labor impostergable de todo aquel que de una u otra forma esta ligado a ellas. Por lo tanto el hacer Ciencia Física implica Aprender Física.
7) Problemas CTS, CTA y ABP
Desde los delitos de lesa humanidad cometidos en agosto de 1945 contra Japón hasta el accidente de Chernobyl en abril de 1986, que termino por destruir a la URSS , podrían considerarse como problemas de inmediata injerencia de la Ciencia y la Tecnología contra la sociedad y el ambiente. Los problemas ABP son problemas abiertos que están siendo incluidos paulatinamente en nuestra facultad, y que desarrollaremos a lo largo del curso.
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# Silabo del curso de Física Moderna / FIIS-UNI #
# Silabo del curso de Física Moderna / FIIS-UNI #
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
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01. DATOS ADMINISTRATIVOS
ESCUELA : INGENIERIA DE SISTEMAS
AREA : CIENCIAS BASICAS
CURSO : FÍSICA MODERNA
CODIGO DEL CURSO : CB-313
PRE-REQUISITO : FÍSICA II (CB-312)
SISTEMA DE EVALUACION : G EX. PARCIAL : Peso 1
EX. FINAL : Peso 1
Prom. de Prácticas.
(Lab. + Calif) : Peso 1
CREDITOS : 3
PROFESORES : Mg. PERCY V. CAÑOTE FAJARDO
Lic. HECTOR VALDIVIA MENDOZA
02. SUMILLA
La asignatura se organiza en función a cinco áreas importantes en física. Inicia abordando el tema de la Relatividad Restringida y General pasando luego a Física Cuántica, donde se examinan los fenómenos iniciales precedentes y a continuación fotones, electrones y átomos, la naturaleza ondulatoria de las partículas, estructura atómica, moléculas y materia condensada. Física Nuclear , Física de Partículas y Cosmología.
03. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
A. GENERALES
3.1. Se pretende complementar la formación la formación básica del ingeniero con temas de Física Moderna y profundizar en el conocimiento de los fenómenos físicos, con especial interés en materias propias de esta ingeniería, como la Física de Semiconductores, la Ciencias de Materiales, la Propagación de Ondas y la Fotónica.
3.2. Introducir los conceptos y fenomenología de la Física Moderna entregando al estudiante una base intuitiva y operativa del tema, que lo capacite para comprender la física cuántica o áreas de física aplicada relevantes en el desarrollo de la tecnología actual.
3.3. Dar al estudiante una presentación clara y coherente de los principios y conceptos de la Física Moderna.
3.4. Desarrollar la capacidad de razonamiento en el estudiante, y el aprendizaje significativo, es decir, la habilidad de interpretar y usar el conocimiento en situaciones no idénticas a aquellas en las que fue inicialmente adquirido.
B. ESPECIFICOS
3.1. Identificar a la luz como forma de radiación electromagnéticas
3.2. Analizar la naturaleza corpuscular de la luz y su interacción con la materia.
3.3. Proporcionar los conocimientos básicos de las dos partes fundamentales de la Física actual: la Relatividad y la Mecánica cuántica.
3.4. Alcanzar una visión general de algunas de las aplicaciones de la mecánica cuántica.
3.5. Alcanzar una visión general de algunas de las aplicaciones de la mecánica cuántica en el campo de la física atómica y de la física nuclear.
3.6. Familiarizar al estudiante con algunos de los experimentos de a la Física Moderna.
3.7. Desarrollar y aplicar los principios y leyes que expliquen los fundamentos de la física moderna, relacionándolos a una amplia gama de interesantes aplicaciones al mundo real.
3.8. Inculcar al estudiante responsabilidad en su propio proceso de aprendizaje, y tenga una actitud positiva hacia la ciencia en general, y en particular hacia la Física.
3.9. Realizar experimentos de Laboratorio que permitan validar la teoría.
3.10. Desarrollar en el estudiante hábitos de disciplina, responsabilidad y puntualidad en los trabajos individuales y de grupo.
3.11. Aprender técnicas, y adquirir hábitos o modos de pensar y razonar.
3.12. Cultivar en el futuro profesional la capacidad de abstracción para la solución de problemas y la necesidad de la aprehensión del conocimiento básico de las ciencias naturales. Además desarrollar habilidades para la experimentación y medición de fenómenos naturales.
04. METODOLOGIA.
4.1. Las clases se desarrollan en forma expositiva con la participación activa de los estudiantes, haciendo énfasis en el análisis de los contenidos y sus aplicaciones.
4.2. En las prácticas dirigidas se desarrollaran problemas aplicativos para reforzar los conceptos teóricos fundamentales y profundizar algunos temas de importancia.
4.3. Se plantean un conjunto de situaciones los cuales deberán ser analizados haciendo uso del ordenador, mediante la técnica de simulación.
4.4. El desarrollo de las prácticas será empleando el método experimental o mediante seminarios y/o trabajos de grupo. Se introducirán las técnicas del ABP y AC.
05. CONTENIDO PROGRAMATICO
5.1. UNIDAD UNO
1a Semana
Relatividad Restringida
Introducción. Invarianza de las leyes físicas. Simultaneidad. Las transformaciones de Lorentz. Diagrama espacio- tiempo. Aplicaciones.
2a Semana
El efecto Doppler para ondas electromagnéticas. Cantidad de tiempo relativista. Energía. Mecánica Newtoniana relativista. Aplicaciones.
3a Semana
Relatividad General
Generalidades. Aplicaciones.
5.2. UNIDAD DOS
4a Semana
Introducción a la Mecánica Cuántica
Introducción. Fenómenos antecedentes. Radiación de cuerpo negro, efecto fotoeléctrico, efecto Compton, RX, líneas espectrales.
5.3. UNIDAD TRES
5a Semana
Fotones, electrones y átomos
Introducción. Emisión y absorción de luz. El efecto fotoeléctrico. Espectros de líneas y niveles de energía. Aplicaciones.
6a Semana
El núcleo atómico. El modelo de Bohr. El láser. Producción y dispersión de rayos X. Espectros continuos. Dualidad onda partícula. Aplicaciones.
7a Semana
EXAMEN PARCIAL
5.4. UNIDAD CUATRO
La naturaleza ondulatoria de las partículas.
8a Semana
Introducción. Ondas de Broglie. Difracción de los electrones. Probabilidad e incertidumbre. El microscopio electrónico. Funciones de Onda. Aplicaciones.
5.5. UNIDAD CINCO
Mecánica Cuántica.
9a Semana
Partícula en una caja. La ecuación de Schroedinger. Pozo de potencial. Barrera de potencial y efecto túnel. El oscilador armónico. Aplicaciones.
5.6. UNIDAD SEIS
Estructura atómica
10ª Semana
Introducción. El átomo de hidrógeno. El efecto Zeeman. El Espin del electrón. Átomos de múltiples electrones. Y el principio de exclusión de Pauli. Espectros de rayos X. Aplicaciones.
5.7. UNIDAD SIETE
Estructura Molecular
11ª Semana
Introducción. Tipos de enlaces moleculares. Espectros moleculares. Estructura de los sólidos. Bandas de energía. Aplicaciones.
5.8. UNIDAD OCHO
Física nuclear
12ª Semana
Introducción. Propiedades de los núcleos. Enlace nuclear y estructura nuclear. Estabilidad y radiactividad nuclear. Actividades y vidas medias. Aplicaciones.
13ª Semana
Efectos biológicos de la radiación. Reacciones nucleares. Fisión nuclear. Fusión nuclear. Aplicaciones.
5.9. UNIDAD NUEVE
Física de partículas. Astrofísica y Cosmología
14ª Semana
Introducción. Historia de las partículas fundamentales. Aceleradores y detectores de partículas. Partículas e interacciones. Quarks y camino óctuplo. Modelo estándar. Aplicaciones.
15ª Semana
La expansión del universo. El fondo de radiación de microondas. Materia oscura. El principio del tiempo; big bang. Aplicaciones.
16ª Semana
Examen Final
17ª Semana
Examen sustitutorio
06. EVALUACION
6.1. Promedio de Laboratorio – prácticas calificadas (PP) Peso 1
6.2. Examen Parcial (EP) Peso 1
6.3. Examen Final (EF) Peso 1
6.4. Nota Final de la asignatura
NF = EP + EF + PP
3
Características de los exámenes, participaciones y otras formas de evaluación.
F Los exámenes son escritos y desarrollados.
F Las prácticas dirigidas a planificar.
F Las prácticas de Laboratorio a planificar.
F Todas las prácticas calificadas son de carácter obligatorio.
07. EQUIPOS Y MATERIALES
7.1. Proyector
7.2. Retroproyector
7.3. T.V.
7.4. Ordenador
7.5. Materiales audiovisuales.
7.6. Internet.
08. LABORATORIO
8.1. Experimentos caseros (diversos)
8.2. Prácticas de laboratorio. En la Facultad de Ciencias, y otros simulados por ordenador.
09. BIBLIOGRAFIA
9.1. R. SERWAY & XXXXXXX, YYYYY. Física Moderna.; Ed. Addison Wesley Iberoamericana, 6ta edición (1998).
9.2. R. SERWAY. Física. T II; Mc Graw Hill, 4ta edición (1998).
9.3. SEARS & ZEMANSKY, YOUNG, FREEDMAN. Física Universitaria. Vol. II; Addison Wesley Longman, 9na edición (1998).
9.4. P. A. TIPPLER. Física Moderna. Ed. Reverté, 1994.
9.5. JOHN P. MCKELVEY. Física del estado sólido y de semiconductores. Ed. Limusa. México 1976.
9.6. ALONSO MARCELO. Física. Ed. Addison Wesley Iberoamericana. S.A. U.S.A. 1995.
9.7. EISBERG & LERNER, Física. Ed. Mc. Graw Hill 1986.
9.8. D. HALLIDAY, R. RESNICK, J. Walker. Fundamental of Physics, Ed. Wiley, 1993.
9.9. P. A. TIPPLER. Física. Ed. Reverté, 1994.
9.10. H. D. YOUNG. University Physics.
9.11. FEYNMAN & LEIGHTON & SANDS, Física, Vol I y III. Ed. Addison Wesley Iberoamericana. S.A. U.S.A.
El poder detrás de la física
En principio, confieso que me negué a la idea de hacerlo, más por pereza que otra cosa. Pero hoy me he levantado y me he dicho: ¿por qué no? Así que aquí me tienen, dispuesto a lanzarme al vacío y sufrir vuestras preguntas y críticas acerca de los temas posteados. Sé que será algo difícil el estar constantemente actualizando el blog y el tener la continuidad hasta el final del curso, sin embargo eso es lo que más me atrae de la idea :D
¿Cinturón Negro de la Física?
Este nombre proviene de las artes marciales, se denomina cinturón negro a aquel individuo que pasa por diferentes niveles de aprendizaje, comienza con el cinturón blanco y luego de aprender, practicar y demostrándose a si mismo y a los demás lo que a aprendido, va subiendo escalones o mejor dicho Cinturones, cada uno con un color diferente, que muestra el nivel en el que se encuentra y a su vez es una forma de respetar y valorar el esfuerzo, constancia y pasión que este individuo tiene hacia lo que hace.
Las artes marciales, a las cuales le dedique algunos meses y las cuales las practique en diferentes estilos y en diferentes maneras, todas ellas así como los maestros me mostraron diferentes herramientas, conocimientos, técnicas y diferentes puntos de vista, pero habían varias cosas que eran iguales en todas y que fueron las enseñanzas mas importantes de mi vida, enseñanzas como el respeto, el respeto hacia lo que estoy haciendo, hacia mi mismo y hacia los demás, así como también aprendí disciplina, constancia, creer y confiar en mi mismo.
Cuando comencé ha escribir esta primera entrada de este blog y empecé a pensar todo lo que quería compartir, fue increíble como todo esto me vino a la mente y el nombre surgió solo, ya que mi objetivo con este blog y el material que suba en él, es exactamente eso, darte las herramientas, técnicas y conocimientos para ayudarte a convertirte en alguien que pueda dominar más acerca de este mundo fascinante que es la física, convertirte en un cinturón negro de la física!!
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