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COSMOLOGIA

 

LAS FUERZAS DE LA NATURALEZA

 


En el universo en el que vivimos podemos observar cúmulos de galaxias, galaxias que están formadas por estrellas y algunas de estas estrellas, al menos de nuestra galaxia, con planetas orbitando a su alrededor. Hasta hoy, el único planeta que sabemos seguro que alberga vida es el nuestro. Aquí podemos encontrar muchas clases diferentes de vida, desde vegetales hasta animales, todos ellos de una multitud de especies diferentes. Existe una particularidad que tenemos en común los seres vivos con los planetas, las estrellas, las galaxias... y es que todos y todo estamos constituidos por la misma materia.

Figura 1: los seres vivos, nuestro planeta y los cuerpos celestes están constituidos por la misma materia.

 Desde hace mucho tiempo, más de dos mil años, el hombre ha pensado que lo más pequeño que podemos encontrar en el universo, el constituyente fundamental de la materia, son los átomos.

Figura 2: átomos de silicio en un cristal.

 

 Pero experimentos llevados a cabo en los últimos treinta años han demostrado que los átomos no son fundamentales, que se pueden romper en cosas mucho más pequeñas llamadas quarks.

Figura 3: constituyentes de un átomo.

 

De lo más pequeño que podemos encontrar en el universo, los quarks, pasamos a observar las estructuras más grandes del universo, las galaxias.

Figura 4: M31, galaxia de Andrómeda. 

Las galaxias sabemos que se agrupan en el espacio en cúmulos, formando a gran escala estructuras filamentosas.

  

Figura 5: mapa del cielo a gran escala.

 En la naturaleza existen cuatro fuerzas fundamentales.

 La fuerza de la Gavedad es la más débil de todas y actúa sobre toda la matera y a cualquier escala. Esta fuerza es la responsable de que las estrellas no se escapen de las galaxias y giren alrededor de su núcleo central. También hace que los planetas giren alrededor de sus estrellas, así como las lunas alrededor de sus planetas. Más de andar por casa, es la causa por la que se caen los objetos al suelo.

Figura 6: cuerpos bajo la acción de la gravedad.

El electromagnetismo es otra fuerza de acción infinita pero tiene la particularidad de que sólo actúa sobre las partículas cargadas eléctricamente.

Figura 7: formación de ondas electromagnéticas al llegar el viento solar a la atmósfera terrestre.

 Una forma de electromagnetismo son las ondas electromagnéticas, que dependiendo de su frecuencia son luz visible u otro tipo de radiación, que va desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.

 

Figura 8: radiación electromagnética a diferentes frecuencias.

 

Estudiando la relación entre las ondas electromagnéticas y la temperatura de los cuerpos que las emiten, se descubrió la naturaleza discontinua que tienen.

   

Figura 9: Distribución espectral de la radiación emitida por un cuerpo negro a distintas temperaturas.

 De forma que la energía electromagnética no se está emitiendo ni absorbiendo de manera continua si no que se hace a intervalos llamados cuantos o fotones. Siendo la relación entre la energía de estas ondas y su frecuencia de la forma:

 

E=h*f

 

 

Figura 10: ejemplo de espectros de absorción y emisión respectivamente.

 

El concepto de fotón es muy importante puesto que de ahí parte la Física moderna o Física Cuántica (de cuanto). Las otras dos fuerzas de la naturaleza, las fuerzas nucleares, como su nombre indica, actúan en el interior de los átomos, en el núcleo. La fuerza fuerte mantiene al núcleo unido, estable. Mientras que la fuerza débil desestabiliza los núcleos, dando lugar a la radiactividad.

Figura 11: fenómenos producidos debido a las fuerzas nucleares.

 

 La materia, la misma en todo el universo, interactúa mediante estas cuatro fuerzas fundamentales. Y la manera de hacerlo es mediante un intercambio de partículas.

Figura 12: Diagrama de Feynmann de interacción entre dos electrones.

 

La comprensión de las fuerzas de la naturaleza nos ayudará a entender la Cosmología, la parte de la Astronomía que estudia el origen del universo y su evolución.

 

 Laura F. Gil Martínez

 

(c) 2006 Agrupación Astronómica Complutense