Qué buenas ondas!

XXVII CONGRESO DE INVESTIGACIÓN CUAM-ACMor
¡QUÉ BUENAS ONDAS! EINSTEIN SIGUE GRAVITANDO EN ESTOS DÍAS
ÁLVAREZ ENDO AKEMI
RODRÍGUEZ RAMÍREZ FERNANDA
ROMO CARRILLO DIANA
SALINAS ARROYO EMILIANO
FLORES TÉLLEZ JESÚS
CENTRO UNIVERSITARIO MÉXICO AC
B. FISICO-MATEMATICO
PROYECTO ESCOLAR
ANTECEDENTES
Actualmente, la tecnología ha permitido construir grandes laboratorios donde son contenidos los instrumentos
más sofisticados que han permitido detectar en recientes fechas las ondas gravitacionales predichas por
Einstein en su Teoría General de la Relatividad. La herramienta matemática utilizada para explicar esta teoría
ha impedido la explicación al público y como consecuencia, ha inhabilitado el acercamiento y la comprensión
del mismo, que en este tiempo se sigue presentando con las nuevas y conocidas ondas gravitacionales.
Esta falta de comprensión, nos ha conducido a preguntarnos: ¿Podrá llevarse a un público de nivel
bachillerato, los conceptos relacionados con los instrumentos que han logrado medir las ondas gravitacionales
y la esencia de las mismas? ¿Existirá ese paralelismo entre la concepción de las ondas electromagnéticas
(propuestas por Maxwell) y las ondas gravitacionales de Einstein?
OBJETIVO
Realizar una investigación documental sobre:
• La Teoría Electromagnética de James Clerk Maxwell y su predicción de las ondas electromagnéticas.
• La Teoría General de la Relatividad y la predicción de las ondas gravitacionales.
• Los interferómetros que actualmente son utilizados para detectar ondas gravitacionales.
Con los elementos anteriores, determinar si puede existir una relación entre el concepto de onda
electromagnética y onda gravitacional.
HIPÓTESIS
Sí la Teoría Electromagnética en su momento predijo la existencia de ondas electromagnéticas que se
generan por perturbaciones en el campo electromagnético y se transportan con la velocidad de la luz,
entonces en la Teoría Gravitacional (que se propone en la Teoría General de la Relatividad) es posible que se
generen ondas gravitacionales como sucede en el campo electromagnético.
METODOLOGÍA
Se realizará una investigación documental de los siguientes temas:
1) Maxwell y la Teoría Electromagnéticas
2) Ondas Electromagnéticas y su comportamiento
3) Teoría General de la Relatividad
4) Consecuencias de la Teoría General de la Relatividad
5) Ondas Gravitacionales.
6) Detectores de Ondas Gravitacionales
RESULTADOS
1) Maxwell y la Teoría Electromagnética
La teoría del electromagnetismo establecida por Maxwell es una de las cuatro fuerzas fundamentales
de la naturaleza: fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil, gravedad y electromagnética.
XXVII CONGRESO DE INVESTIGACIÓN CUAM-ACMor
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FLORES TÉLLEZ JESÚS
CENTRO UNIVERSITARIO MÉXICO AC
B. FISICO-MATEMATICO
PROYECTO ESCOLAR
En el siglo XIX, la comunidad científica reconocía que los fenómenos eléctricos y magnéticos
guardaban relación, científicos como Morse y Marconi sabían que esta relación obtenía relevancia en
el tema de telecomunicaciones; Oersted demostró que corrientes eléctricas producen campos
magnéticos y Faraday, demostró el proceso inverso (los campos magnéticos producen corrientes
eléctricas).
En 1873, James Clerk Maxwell pudo unificar ambos fenómenos en una misma fuerza. Maxwell creía
en la existencia del éter: sustancia electromagnética invisible que permite el paso y expansión de las
fuerzas. También introdujo la idea del campo de energía. Planteó que las corrientes eléctricas son
movimientos con una carga y esto produce un campo electromagnético. Cuando dos corrientes
eléctricas circulan en el mismo sentido, se atraen. Si circulan en sentido contrario, se repelen.
2) Ondas Electromagnéticas y su comportamiento
La onda electromagnética de la teoría de Maxwell se explican como la perturbación simultánea del
campos eléctrico y magnético en una misma región; éstas ondas son transversales con vibraciones
en planos perpendiculares y no necesitan un medio material para poder propagarse. (Ejemplos:
ondas de radio, telefonía, televisión y luz visible). Las ondas se propagan a una velocidad constante
en el vacío, es por esto que observamos la luz que emite algún cuerpo o estrella que se encuentra a
miles de años luz, aún cuando estos ya no se encuentren en el punto observable.
3) Teoría General de la Relatividad
La Teoría General de la Relatividad unifica las leyes de movimiento y la ley de gravitación,
relacionando los aumentos de velocidad y aceleración de cuerpos con relación a otros, es decir,
explicar lo que sucede en cualquier sistema de referencia despreciando la inercial y unificándolo con
la gravedad. Einstein une al espacio con el tiempo mediante la geometría euclidiana. El espacio y el
tiempo es relativo respecto al sistema de referencia en que se mida. La ecuación para poder medirlo
es E=mc2.
*Donde: E es la energía, m es la masa y c2 es la velocidad de la luz elevada al cuadrado.
4) Consecuencias de la Teoría General de la Relatividad
Las consecuencias se dieron en ámbitos como la astrofísica y la cosmología, consecuencias como la
regla de medición. Esta aparece más acortada a comparación del sistema de coordenadas clásico
porque en el primero ya cuenta con una consideración del campo gravitacional, en el único punto
donde no se ve afectada la longitud de la regla es en la posición tangencial.
5) Ondas Gravitacionales
Las ondas gravitacionales son pequeñas oscilaciones del espacio-tiempo que se propagan a la
velocidad de la luz (300,000 km/s). El fin de estas, es aterrizar la gravedad como un campo y no
como una fuerza. Hasta 1974, hubo pruebas sobre su existencia; ocurrió cuando una pareja de
astrónomos descubrieron un pulsar binario: sistema que era capaz de emitir ondas gravitacionales,
un sistema que se ha estudiado por cuarenta años afirmando la hipótesis. En ese momento, no
había pruebas físicas de la existencia de estas ondas solo cálculos que verificaban su existencia.
"Cualquier objeto que tenga masa y se acelere generará ondas gravitacionales pero se necesita una
gran cantidad de masa y una magnitud enorme de aceleración para poder generarlas."
XXVII CONGRESO DE INVESTIGACIÓN CUAM-ACMor
¡QUÉ BUENAS ONDAS! EINSTEIN SIGUE GRAVITANDO EN ESTOS DÍAS
ÁLVAREZ ENDO AKEMI
RODRÍGUEZ RAMÍREZ FERNANDA
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FLORES TÉLLEZ JESÚS
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B. FISICO-MATEMATICO
PROYECTO ESCOLAR
6) Detectores de Ondas Gravitacionales
En el año 2015, LIGO detectó ondas gravitacionales y esto se generó a partir de dos interferómetros
con las mismas características pero que se encontraban en distintas localidades (Sureste de
Washington y en Louisiana con una separación de 3,002), para obtener resultados exactos y
analizarlos.
Son conocidos como interferómetros porque funcionan al sobreponer dos o más fuentes de luz y
crear un patrón de interferencia que se medirá y posteriormente, se analizará.
El interferómetro LIGO, que ya hemos mencionado anteriormente, tiene como base el interferómetro
usado por Albert Michelson (que demuestra la existencia del éter luminífero).
El instrumento consta de una fuente de luz (láser) que emite una onda, la cual pasa por un espejo
"especial" que divide el rayo en dos: una parte sigue en línea recta y la otra es desviada en un
ángulo de 90°, ambos rayos son reflejados en espejos diferentes, vuelven a pasar por el espejo
especial, se sobreponen y crear un patrón de interferencia.
Por último, llegan a un foto-detector y ahí son analizados.
CONCLUSIONES
Con la información anteriormente recabada podemos afirmar que sí hay un paralelismo entre las ondas
gravitacionales y las ondas electromagnéticas. Esto se ve reflejado en el tiempo que ha transcurrido para que
las ondas electromagnéticas se llevaran a la realidad después de haber sido predichas por Maxwell. De igual
manera, las ondas gravitacionales fueron propuestas casi un siglo atrás, y hasta el 2015 sobrevino que fueron
detectadas. Aún no se sabe el uso que se le podría dar a las ondas gravitacionales; pero algo es seguro,
gracias a las ondas electromagnéticas, ondas que primero fueron idealizadas y después generadas, nos es
posible comunicarnos con los demás; así mismo, nos será posible aprovechar en un futuro no muy lejano las
ondas gravitacionales para facilitar actividades cotidianas y específicas.
FUENTES DE CONSULTA
-
José Luis Perea Vega, Teoría electromagnética, Estado de México, Red Tercer Milenio, 1ra ed.,
2012, pp.
Robert W. Lawson, “Bartleby Great Books Online”, http://www.bartleby.com/ 173/18.html, consultado
el 5 de marzo de 2016.
“Astromía”, http://www.astromia.com/astronomia/electromaxwell.htm, consultado el 26 de febrero de
2016.
California Institute of Technology, “Laser InterferometerGravitational-Wave Observatory”,
https://www.ligo.caltech.edu/page/ligo-gw-interferometer, consultado el 8 de marzo de 2016.
“EcurRed”, http://www.ecured.cu/Ondas_electromagn%C3%A9ticas, consultado el 1 de marzo de
2016.
Roman Ulrich y Hannelore, White dwarfs-blackholes: anintroduction to relativisticastrophysics, Nueva
York, WienUniversität, 1ra ed., 1979, pp. 132-140.
Adalberto García de Mendoza, La filosofía y la teoría de la relatividad de Einstein, Bloomington,
Palibrio, 2012, pp. 64-68 y 88-90.