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Pregunta científica fundamental:
¿Puede ser que el universo esta realmente dividido, requiriendo un conjunto de leyes cuando las cosas son grandes y otro conjunto diferente e incompatible cuando son pequeños?

Hitos científicos: El descubrimiento de los dos pilares fundamentales en los que se apoya la física moderna:
- La relatividad general de Albert Einstein la cual permite una comprensión del universo a grandes escalas, esta teoría nos permite entender los grandes fenómenos del universo como lo son las estrellas, las galaxias e incluso la inmensa expansión del universo.
-La mecánica cuántica de Max Planck la cual, por el contrario de la teoría anterior, nos permite una comprensión del universo a pequeñísimas escalas, permitiéndonos entender el funcionamiento diminuto que tienen las moléculas, los átomos, los electrones y hasta los quarks.

Los físicos establecen las combinaciones de 4 tipos de fuerzas que permiten entender las interacciones entre objetos o materiales diferentes. Estas son la fuerza de gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte.

La teoría de cuerdas, es la teoría más profunda y busca darle una respuesta coherente a la problemática inicial. Esta teoría establece que una partícula con una mayor precisión, podremos ver que están formadas por un diminuto bucle unidimensional. En esta teoría se establece que en cada partícula se puede encontrar un tipo de "cuerda", que es un filamento que vibra, oscila y baila como un elástico de goma infinitamente delgado.

Experimentos y observaciones:
En el año 1968, los científicos que realizaban experimentos en el Stanford Linear Accelerator Center, ya con una tecnología mas avanzada, descubrieron que los protones y los neutrones no eran las partículas fundamentales. Demostraron que cada una de ellas estaba constituida por tres partículas menores, llamadas quarks. Los científicos que realizaron los experimentos confirmaron que los propios quarks existen en dos variedades, llamado arriba "up" y abajo "down". Un protón está formado por dos quarks arriba y un quark abajo; un neutrón está formado por dos quarks abajo y un quark arriba.

En la actualidad se sigue desarrollando y buscando una posible solución que le pueda dar respuesta a la pregunta inicialmente planteada, pero por el momento esta respuesta no parece muy cercana. Las observaciones de múltiples físico, matemáticos y personas expertas en este mismo campo indican que pueden transcurrir décadas y hasta siglos para que la teoría de las cuerdas se desarrolle y se pueda entender de manera completa. Esto debido a que las matemáticas de la teoría de cuerdas son extremadamente complicada, de hecho, ni se conocen las ecuaciones de las formulas exactas de esta teoría.

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Relación partículas, átomos y fuerza con relatividad especial

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Relación partículas, átomos y fuerza con relatividad especial

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Los temas de Partículas y relatividad especial visto en los textos y en clases, se pueden relacionar básicamente en cuanto a la misma concepción de partículas, y es que, es en base a la comprensión de estas que pudimos determinar algo tan fundamental como es el fotón. El fotón es una partícula fundamental del electromagnetismo y luz. La misma luz guiada por el fotón viajará a una velocidad constante de 300.000 Km/segundo, la cual se notará como constante en la teoría de la relatividad, es decir se indicará que el tiempo recorrido por un fotón variará dependiendo del movimiento que se involucre independiente de una velocidad constante, conceptos los cuales no podrían ser comprendidos sin la concepción de partículas entre las cuales destaca el mismo fotón.

Es decir, mediante las mismas propiedades de las parículas, se le dará forma al mismo universo, el cual podremos comprenderlo de formas tales como las teorías planteadas poe Einstein.

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Reloj de Luz mencionado en el experimento y analizado en las posteriores observaciones. 

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Pregunta fundamental: ¿ El tiempo se verá afectado por el movimiento nuestro o de las cosas, en base a esto podremos comprender el tiempo como algo constante?

Hitos científicos:
- Se da a conocer la teoría de Maxwell, la cual nota que perturbaciones electromagneticas vaiajaran a una velocidad fija y constante, una velocidad muy similar a la denominada velocidad de la luz. Descubre que la velocidad de la luz es constante.
- Albert Einstein da a conocer al mundo a través de Annals of physics el principio de la luz y el principio de la relatividad, los cuáles en conjunto darán forma a la teoría de la relatividad especial.
- A través del concepto de velocidad de la luz, se da a conocer que la concepción del tiempo esta errada y por ende el tiempo no será uniforme o constante, más bien dependerá de factores dados tales como el movimiento propio de cada objeto que compone el cosmos. Esto nos dará a entender la variable de tiempo, la cual será fundamental en el estudio de la teoría de la relatividad general de Einstein.
- Se postula al espacio - tiempo como conceptos relativos, los cuales pueden proceder a permanecer estructurados bajo una misma teoría, es decir pueden pertenecer a una relación. Cosa que antes se pensaba inaudita, puesto que el espacio es más bien un concepto muy diferenete del tiempo. E=mc²

Experimento: Para entender el tiempo y su relación con el movimiento, se plantea un experimento el cual considera Un reloj de luz, este reloj de luz esta compuesto por dos espejos paralelos, en los cuales un fotón rebotará. Mediante estos "rebotes", se podrá medir exactamente el tiempo en el que transcurre cada uno de ellos, determinandosé que 55 millones de rebotes corresponderan a un transcurso de 55 segundos.

De repente, pondremos un segundo reloj de la luz, considerando el mismo propósito, pero que este este moviendose al rededor de la mesa a una velocidad constante. Se podrá analizar que al estar en movimiento el fotón no realiza una trayectoria en línea recta, más bien lo hara en diagonal, lo cual generá que la distancia que debe recorrer será mayor y por ende el tiempo que generan los mismos "rebotes" aumentará y no será igual.
Este experimento nos hace comprender básicamente que si bien los fotones viajan a la misma velocidad, la distancia será diferente, esta distancia estará determinada por su movimiento y afectará netamenta la concepción del tiempo que genera los "rebotes" de estos.

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Relación relatividad especial con relatividad general

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Relación relatividad especial con relatividad general

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El principio de equivalencia llega a terminar con el trabajo de la relatividad especial, en la cual se establece una democracia en las posiciones de los observadores, en donde las leyes de la física resultan idénticas para todos los observadores que se encuentren en movimiento a velocidad constante, sin embargo, con esta mirada se excluyen los puntos de vista de aquellos individuos que están sometidos a una aceleración.
Es por esto que este principio, mediante la inclusión de la gravedad nos muestra como abarcar todos los puntos de vista de una manera igualitaria.

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Pregunta fundamental: Si nada es más rápido que la luz ¿Cómo es posible que existan fuerzas que producen cambios en el espacio a una velocidad mayor a la de la luz?
Hito científico: Einstein determina un nuevo principio, acorde con la relatividad especial, y es el principio de equivalencia, el cual determina la imposibilidad de distinguir entre un movimiento acelerado y la gravedad.
Se introduce un nuevo y desconocido concepto sobre la ciencia de la mano de Albert Einstein, el espacio y tiempo son capaces de deformarse.
Experimento y observaciones:  Einstein descubrió que el sol produce que la luz provenientes de las estrellas al pasar cerca del él se alabeen, lo cual responde a la teoría de la relatividad de que el tiempo y espacio son capaces de deformarse, tal como se observa en los eclipses, ya que en el día no somos capaces de observar la luz provenientes de las estrellas, debido a que la luz del sol es superior a la de las estrellas, sin embargo, en los eclipses cuando la luna cubre al sol, es posible ver la luz de las estrellas durante el día. En este punto podemos ver la distorsión que ejerce el sol en el camino que recorren los fotones de luz provenientes de las estrellas, ya que al pasar por una estructura alabeada (debido al sol) la luz deberá verse afectada de igual forma que un cuerpo provisto de materia
Esta desviación de la luz de las estrellas se puede medir mediante la comparación de la posición aparente de la estrella, y la real, que se conoce a partir de las observaciones de noche (sin la perturbación y deformación del sol)
Finalmente, Einstein logró calcular que la desviación era de aproximadamente 49 cienmilésimas (0,00049) de grado (1,75 segundos de arco, siendo el segundo de arco 1/3600 de un grado).

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Relación relatividad general con mecánica cuántica

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Relación relatividad general con mecánica cuántica

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Hemos visto que la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica distan una de otra, ya que sus formulaciones difieren de acuerdo al mundo en el cual se desenvuelve cada una, donde no comparte relación el mundo micro con el macro, sin embargo, hace miles de millones de años, estos mundos coexistían, aquel momento es en el Bing ban.

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Pregunta científica fundamental:
-¿Cómo puede ser que un electrón o un fotón sea a la vez una partícula y una onda, y que esta pueda estar en varias partes en un mismo instante de tiempo?.

Hitos científicos (antes y después):
Los inicios de la mecánica cuántica fueron gracias a los trabajos de Planck y Einstein sobre la radiación.
Primero Planck descubrió una constante fundamental que hoy lleva su nombre, la cual se utiliza para calcular la energía de un fotón, descubriendo que la energía no es emitida en forma continua, si no que se emite en pequeñas cantidades las que llama cuantos.
Otro hito científico fue el del físico alemán Heinrich Hertz quien descubrió que al iluminar ciertos metales, estos emitían electrones y gracias a esto Einstein pudo explicar como este efecto fotoeléctrico funcionaba y es que este no dependía de la intensidad, sino de la frecuencia de la onda luminosa con la que se enfoca, actuando como diminutos paquetes llamados fotones, descubrimiento así de que la luz (fotón) es a la vez una partícula y una onda (dualidad onda-partícula).
Otro hito científico fue el de un joven francés llamado Louis de Broglie quien sugirió que la dualidad onda-partícula no solo se podía aplicar en la luz sino también en la materia,  específicamente a los electrones que a través de los trabajos de Clinton Davisson y Lester Germer este se pudo comprobar.
Otro hito científico fue la planteada por Born la que cambio la forma de ver la composición atómica propuesta anteriormente por Rutherford, la que provoco pasar de electrones orbitando alrededor del núcleo a una nube alrededor del núcleo con distintas probabilidades de encontrarlos.

Experimento y observaciones:
Einstein y el efecto fotoeléctrico, este experimento trata  de poner una placa de metal en una parte firme (el cual en su interior tendrá varias partículas de electrones), a este trozo hay que emitirle radiación, esto se produce al hacer que paquetes de partículas de fotones lleguen al trozo de metálico siendo emitidas por un objeto lumínico provocando la generación de corriente eléctrica.

La observación que se puede hacer de este experimento es que al aplicarle paquetes de partículas de fotones (los cuales tienen energía en su interior) al metal se produce en forma microscópica la expulsión de algunos electrones del trozo metálico gracias a que absorben la energía del fotón entrante provocando la corriente eléctrica. para que ocurra este proceso no hay que subir o bajar la intensidad de la luz sino que hay que subir su frecuencia hasta el rango ultra violeta.

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Aplicaciones y beneficios para la sociedad de hoy

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Aplicaciones y beneficios para la sociedad de hoy

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En la actualidad, la relatividad de Albert Einstein ha mostrado ser una teoría que ha sido muy útil en la evolución de la tecnología y nos puede facilitar nuestra vida cotidiana diariamente. Un ejemplo de esto se puede ver en los GPS, los cuales tienen una excelente precisión que se origina por una corrección que es posible gracias a la relatividad general, ya que los satélites que hacen funcionar a los GPS suelen viajar a altas velocidades en el espacio, por lo que experimentan una dilatación en el tiempo. Para que los GPS sean tan preciso, los satélites utilizan relojes que son precisados utilizando los principios de la relatividad planteados por Einstein. Gracias a esta teoría es que los GPS en la actualidad funcionan tan bien y son tan preciso con la locación de uno.

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Pauta de evaluación Taller de integración 1 Vergara et al