| Expo
Quantos |
La
naturaleza de la luz y el Movimiento Browniano |
Institución:
Departamento de Física, Facultad de Física, Pontificia
Universidad Católica de Chile
Investigador Responsable: Ian Mitchell
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Sabemos
que la luz es una Onda. ¿Cómo sabemos esto?
La luz exhibe el fenómeno de interferencia. La interferencia
es un fenómeno único en ondas.
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Interferencia
La suma de dos ondas puede dar un resultado distinto, dependiendo
de la fase de los dos ondas. (Dos ondas están en fase
si las crestas y valles de las ondas están en la misma
posición al mismo tiempo). |
Interferencia
Constructiva
Ondas en fase producen una onda dos veces más grande. |
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Interferencia
Destructiva
Ondas completamente fuera de fase se anulan y la suma es
cero. |
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En
un aparato llamado el interferómetro de Michelson, podemos
ver este efecto.
Se divide un haz de luz en dos partes que recorren distancias distintas
antes de ser recombinadas. Moviendo uno de los espejos, se cambia
el largo del recorrido de uno de los haces y cambia la diferencia
de fase de las dos ondas. |
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Albert Michelson
y Albert Einstein |
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Se
midió la velocidad del la luz, c=300 000 km/s
En un experimento con su interferómetro, Albert Michelson
y su compañero, Edward Morley querían detectar un
cambio en la velocidad de la luz debido al movimiento de la Tierra
a través del “éter”.
En esos tiempos se pensaba que la luz necesitaba un medio para viajar
y que este medio, el “éter”, llenaba todo el
universo.
Entonces, la medición de la velocidad de la luz dependería
de la velocidad de la Tierra relativa al éter (De una manera
análoga, la velocidad de un niño corriendo dentro
de un tren depende de si la persona que mide la velocidad está
dentro o fuera del tren).
Pero no se encontró ningún cambio en la velocidad
de la luz…
La teoría de la Relatividad Especial de Einstein explicó
el resultado de Michelson y Morley: Einstein dijo que la velocidad
de la luz es una constante universal que no depende de la velocidad
de la persona que la mide.
Más información sobre el experimento de Michelson
y Morley:
http://www.aip.org/history/gap/Michelson/Michelson.html
Sobre la física de Newton y Einstein:
http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/lectures/lecturelist.html |
| Movimiento
Browniano |
Robert Brown |
En
el año 1827 el Botánico Escocés, Robert
Brown observó movimiento aleatorio de granos de polen
suspendidos en agua. Inicialmente pensaba que se debía
al hecho que los granos tenían vida, pero después
observaba el mismo efecto con humo. Este movimiento se llama
Movimiento Browniano.
Anteriormente, en el año 1785 había observado
este movimiento el científico Holandés Jan Ingenhousz.
No se sabía la naturaleza de este movimiento.
¿Se debería a fuerzas eléctricas?, o
¿Se debería al calentamiento no uniforme por
luz?, o ¿Se debería a diferencias de presión? |
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Después
del trabajo de varios científicos se encontró que
el movimiento dependía de la temperatura, del tamaño
de la partícula y de la viscosidad del líquido, pero
no de la luz ni la electricidad. En el año 1877 el científico
francés Delsaux sugeriría que el movimiento se debía
el bombardeo de las partículas por pequeñas moléculas
del líquido. En esta época no había conocimiento
seguro de la estructura del átomo.
En el año 1905, una de las tres publicaciones de Einstein
tenía el título “Sobre el movimiento de
partículas pequeñas suspendidas en líquidos
estacionarios requerido por la teoría cinética del
calor”. En este artículo propuso una prueba de
su teoría. El dijo que si unas partículas pequeñas
se suspenden en un líquido, las partículas se moverán
en una forma errática y aleatoria.
Ahora sabemos que el movimiento Browniano se debe al choque de la
partícula mas grande (por ejemplo el grano de polen en el
experimento original de Brown) por los átomos y moléculas
del gas o líquido en que esta se encuentra.
La teoría de Einstein era tan impresionante porque fue capaz
de calcular algunas consecuencias del movimiento browniano, como
por ejemplo el desplazamiento promedio de la partícula grande
como función del tiempo (varía como la raíz
del tiempo).
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| Otros
científicos que trabajaron en Movimiento Browniano: |
Marian Smoluchowski (1872-1917) |
Louis Bachelier (1870-1946) |
Paul Langevin (1872 – 1946) |
Theodor Svedberg (1884-1971) |
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Jean Baptiste Perrin
(1870 – 1942) |
Prueba
de la Existencia del Atomo
En 1908 Jean Baptiste Perrin verificó con mediciones
experimentales por un microscopio, la teoría de Einstein
sobre el Movimiento Browniano. Además de sus observaciones
estimó en una manera experimental, por la primera vez,
el tamaño del átomo y la cantidad de átomos
en un volumen. El escribió un libro, llamado “Átomos”.
Su trabajo está reconocido cómo uno de los mas
importantes en establecer la existencia del átomo.
En el año 1926 Perrin recibió el premio Nobel. |
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