¿Qué es la energía?

Re: ¿Qué es la energía?

Creo que eso no es verdad, la definición del concepto de Hamiltoniano está muy bien, pero el origen de la substancia es distinto. Y si es así dime ¿de donde sale la cuantificación de la energía? ¿qué significado tiene para ti la energía del fotón? ¿Se puede dar una interpretación clásica al principio de incertidumbre o al de exclusión de Pauli? La energía en cuántica no tiene nada que ver con la energía clásica, ni por su origen ni por su tratamiento. En mi modesta opinión, claro. Ocurre algo parecido con la relatividad, la energía es la componente oculta de la cantidad de movimiento, al igual que el tiempo es la componente oculta del espacio. Nada que ver con los puntos de vista clásicos.

Podríamos decir, afinando mucho, que la física moderna se la han inventado los físicos. La física moderna no se demuestra sino que se postula, y luego la naturaleza les da la razón. Einstein postuló la invarianza de la velocidad de la luz (!), Srödinger se sacó su famosa ecuación de la manga (!!), Heisemberg se inventó el principio de incertidumbre (!!!), etc.

Salu2, Jabato.

Tampoco me interesa defender demasiado mi interpretación, pero por añadir alguna duda adicional... Diría que la cuantificación sale directamente de la ecuación de Schrödinger y la condiciones de contorno.

La energía del fotón es la misma que la del electrón.

El principio de incertidumbre y el de Pauli no se puede explicar clásicamente, en eso estoy de acuerdo (el mundo clásico se puede explicar cuánticamente pero no al revés).

Por generalización si la energía es distinta en el mundo clásico y en el cuántico, ¿no debería serlo también la posición, la carga eléctrica y todas las magnitudes en general?

¿No se postula también la física clásica: leyes de Newton, de Maxwell, ecuaciones de conservación? Aunque sí me parece que en la física moderna los postulados son mucho más abstractos, pero también es una física que requiere de unas herramientas mucho más complejas.

Por último, si a alguien le gusta el tema de las simetrías en Física, el libro de Wigner "Symmetries and reflections" le puede parecer interesante desde el punto de vista fundacional/filosófico.

[Julián]

Re: ¿Qué es la energía?

Igualmente el concepto de salto cuántico surge de ya conocerce el concepto de energía y haberlo definido como la capacidad de producir un cambio. Si se consideraba que las cargas de los átomos externas tenían carga negativa entonces al aplicarles la ahora ya conocidas ondas EM en una placa metálica enfrentada en otra y conectadas mediante un conductor con una resistencia en serie; al circular una corriente debe disiparse potencia en dicha resistencia, algo facil de ver. Lo que pasa es que se observó es que la resistencia no disipaba potencia sin importar que tan fuerte sea la radiación si no se superaba una frecuencia de corte. He ahí la cuantificación en primera instancia de la energía, el cambio depende de la frecuencia pero el cambio en cuanto de arrancar un electrón de su estado ligado porque si se bombardea con una radiación con una frencencia superior a la del corte entonces la potencia disipada en la resistencia aumenta con la amplitud de la radiación

Re: ¿Qué es la energía?

En tu propuesta hablabas de los tiempos de Newton, y no creo que Newton tuviera una idea muy clara de lo que es un salto cuántico. Además es imposible hablar de salto cuantico sin hablar antes de energía, pero como debemos suponer que no sabemos lo que es la energía mucho menos podemos hablar de saltos cuanticos.


Salu2, Jabato.

[chap]

Re: ¿Qué es la energía?

Tu opción está muy bien Jabato, pues en la propuesta no mencioné la condición de generalidad, es decir que aplique a todos los casos. Exigiendo generalidad tendrías que buscar otra opción, pues la fuerza no es definible, ni medible, ni calculable en todos los casos. Por ejemplo un salto cuántico es acontecimiento y no permite definir, ni calcular, ni medir una fuerza que lo provoque.

[Rodri]

Re: ¿Qué es la energía?

Pues la verdad a mi me interesa este tema, pero nunca he estudiado nada parecido, aunque si he oido hablar de las simetrías CPT y cosas parecidas, no sé si es a eso a lo que te refieres o a otro tema distinto. Me gustaría saber, si eres tan amable de mostrarlo, cuales son los razonamientos que llevan a tales conclusiones (las mostradas en la cita).
.

Me refiero a lo que en Física Teórica se conoce como Teorema de Noether:

http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Noether

Afirmar que ciertas cantidades se conservan en un sistema, o que el sistema tiene ciertas simetrias, viene a ser lo mismo.
Decir lo mismo con otras palabras no es responder a la pregunta

Bueno, eso es como decir que el Teorema de Noether es tautológico. De hecho hay quien lo considera así. Pero yo creo que sí aporta visualizar la conservación de una cantidad como reflejo de la simetría de un sistema. Las cantidades son números y los sistemas son estructuras. Estamos conectando dos lenguajes matemáticos: el de los números y el de las estructuras, lo cual en principio no es evidente per se. Si tuviéramos una inteligencia ilimitada, todo teorema nos parecería una tautología.

[abuelillo]

Re: ¿Qué es la energía?

Porque el universo (o el sistema bajo estudio) posee simetrías. Y las simetrías se manifiestan en la existencia de invariantes, es decir variables dinámicas que se conservan.

Afirmar que ciertas cantidades se conservan en un sistema, o que el sistema tiene ciertas simetrias, viene a ser lo mismo.
Decir lo mismo con otras palabras no es responder a la pregunta .

Re: ¿Qué es la energía?

Porque el universo (o el sistema bajo estudio) posee simetrías. Y las simetrías se manifiestan en la existencia de invariantes, es decir variables dinámicas que se conservan. Así:

La simetría de traslación temporal se manifiesta en la conservación de la energía.
La simetría de traslación espacial se manifiesta en la conservación del momento lineal.
La simetría de rotación en torno a un eje se manifiesta en la conservación del momento angular respecto de ese eje
...

Pues la verdad a mi me interesa este tema, pero nunca he estudiado nada parecido, aunque si he oido hablar de las simetrías CPT y cosas parecidas, no sé si es a eso a lo que te refieres o a otro tema distinto. Me gustaría saber, si eres tan amable de mostrarlo, cuales son los razonamientos que llevan a tales conclusiones (las mostradas en la cita).

Gracias, Jabato.

[Rodri]

Re: ¿Qué es la energía?

¿ Por qué existen ciertas cantidades que no varían ante cambios temporales,espaciales,etc, como energía, momento etc ?

Porque el universo (o el sistema bajo estudio) posee simetrías. Y las simetrías se manifiestan en la existencia de invariantes, es decir variables dinámicas que se conservan. Así:

La simetría de traslación temporal se manifiesta en la conservación de la energía.
La simetría de traslación espacial se manifiesta en la conservación del momento lineal.
La simetría de rotación en torno a un eje se manifiesta en la conservación del momento angular respecto de ese eje
...

Pero precisamente la Teoría de Sistemas Complejos intenta esto: hallar las relaciones que existen en cualquier tipo de sistema físico por complejo que sea, especialmente los sistemas híper-complejos como sociedades, ecosistemas, etc. Y surge de intentar aunar conceptos en ramas tan diversas como la antropología, sociología, psicología, geografía, biología, física y muchos más.
......
Pero esto es lo esperanzador: es una teoría nueva única candidata a describir transversalmente la mayoría de disciplinas científicas en unos mismos términos. Solo falta que algunos matemáticos y físicos brillantes metan mano para llegar a una auténtica y completa teoría.

Te agradezco mucho este post, gibix. Confirma que existen por ahí intentos reales de estudiar lo que yo también intuyo que es posible estudiar. No me considero un "físico brillante" pero a veces se me pasa por la cabeza tratar de esbozar un teoría al respecto. Por eso pedía bibliografía. Si un día tengo tiempo y ganas quizá escriba un artículo más largo en el foro, con más preguntas que respuestas, eso sí. En todo caso, ahí queda expresado mi interés por estos temas, por si alguien más se anima a comentar o a abrir un hilo. En mí encontrará terreno abonado para darle cancha.
Un saludo

[abuelillo]

Re: ¿Qué es la energía?

Coincido con la definición de jinawee, en cuanto a que es una cantidad conservada que surge debido a la simetría temporal.
Ir mas allá de esto creo que es buscarle tres pies al gato, porque no tiene sentido, en todo caso la pregunta valida seria (por lo menos desde el punto de vista filosófico, pero no necesariamente desde el punto de vista físico):
¿ Por qué existen ciertas cantidades que no varían ante cambios temporales,espaciales,etc, como energía, momento etc ?
Y que se puede reformular de otra forma todavía mas sencilla:
¿ Por qué el universo (o parte de las cosas que pasan en el) es predecible ?

[guibix]

Re: ¿Qué es la energía?

Personalmente, la relación entre la energía y complejidad de los sistemas me parece muy interesante y considero que podría ser un campo de estudio "transversal" para la Física, la Ingeniería, la Economía y la Sociología... Si alguien sabe de bibliografía sobre el tema la agradecería referencias.

Muy buena apreciación que comparto. Lástima que no puedo aportar nada de bibliografía demasiado útil.

Solo responderé a la cuestión citada. A lo mejor salgo bastante del tema del hilo y pido disculpas a los moderadores. Abrid un nuevo hilo si lo consideráis oportuno.

Pero precisamente la Teoría de Sistemas Complejos intenta esto: hallar las relaciones que existen en cualquier tipo de sistema físico por complejo que sea, especialmente los sistemas híper-complejos como sociedades, ecosistemas, etc. Y surge de intentar aunar conceptos en ramas tan diversas como la antropología, sociología, psicología, geografía, biología, física y muchos más.

Lo interesante es que define un sistema como una determinada configuración de sub-sistemas de menos complejidad con “canales” que los unen (a modo de grafo). Y el sistema se encuentra en un macro-sistema hecho de otros sistemas de la misma o diferente complejidad, también conectados por canales. Por los canales circulan tres tipos de “producto”: materia, energía e información. El estado del sistema viene determinado por como es el flujo de estos productos. Eso por ejemplo determina la estabilidad del sistema frente a perturbaciones del entorno. Además, estos productos tienen cualidades. Es decir, que no solo importan las cantidades de materia, energía e información, si no también de que tipo son. Pero esta parte cualitativa se puede simplificar y describirla como una información más. Los sistemas más elementales se modelan como nodos de canales con parámetros, generalmente el tipo de acciones que toma ante los productos que se reciben. Y una acción es actuar con l"os recursos de que se dispone (enviar un recurso por un canal, dejar de hacerlo, cambiar la configuración de los canales y cosas así). En los parámetros también hay las cantidades de recursos de cada tipo limitadas por la capacidad de almacenamiento.

Mediante la Teoría de Grafos, la Teoría de Comunicación de Shannon, funciones recursivas y algo más, se pueden modelar cosas muy interesantes. Como que ciertas perturbaciones pueden desestabilizar un sistema sin llegar a destruirlo y luego de un tiempo de desorden, el sistema adopta otra forma estable distinta a la inicial.

De todo esto hay mucha información, pero desgraciadamente no he encontrado trabajos con suficiente rigurosidad matemática (manías de los estudiosos de la física xd) como para decir que sea una teoría completa. Además es muy nueva y supongo que no ha habido mucho tiempo para desarrollarla. Por no decir que el enfoque principal de la mayor parte de la información, está dedicada a temas de sociología y psicología más que nada.

Pero esto es lo esperanzador: es una teoría nueva única candidata a describir transversalmente la mayoría de disciplinas científicas en unos mismos términos. Solo falta que algunos matemáticos y físicos brillantes metan mano para llegar a una auténtica y completa teoría. Más que nada porqué precisamente los sistemas más simples son los estudian los físicos y porqué cualquier acción que ejecute cualquier sistema es un proceso físico sí o sí.

Lo que sí voy a poner de mi parte, es que intuyo (ya sé que mi intuición no cuenta, pero lo digo por si acaso) que un modelo general de interacción estadística que pueda incluir el modelo estándar como caso especial, podría ser un candidato. Básicamente, algo parecido a postular “si tengo dos elementos (o sistemas) en unas condiciones relativas y de entorno determinadas, se pueden describir las posibles interacciones entre los elementos con una cierta distribución de probabilidades.” Un modelo así tanto valdría para describir una colisión electrón positrón como para describir las trayectorias de dos personas que se esquivan al cruzarse por la calle. Al final todo proceso conocido es una acción que usa energía para dirigir fuerzas de una manera determinada por las condiciones del sistema y del entorno. Llama a estas condiciones campo o llámalo información del entorno “procesable” por el sistema.

Saludos!!

[Rodri]

Re: ¿Qué es la energía?

Quizá a alguno le sorprenda saber que la conservación de la energía, es decir, el principio de que existe "algo" en la naturaleza que se transforma en los procesos físicos o químicos y que ni se crea ni se destruye, es un principio relativamente reciente en términos históricos. Fue evidenciándose de forma gradual en la segunda mitad del siglo XIX con los estudiosos de la Termodinámica (Mayer, Helmholtz, Joule, Clausius,...), cuando ya la tecnología permitía construir máquinas (de vapor, eléctricas, etc.) que mostraban cómo procesos de "cambio" en un sistema de muy diferente naturaleza podían convertirse unos en otros.

Luego está lo que llamamos "energía" en un contexto socioeconómico. Esta otra acepción de "energía" en realidad es el mismo concepto de "energía" del contexto científico, pero considerada globalmente en términos de "física social", es decir, modelando una sociedad como un sistema físico hipercomplejo.

Me gustaría añadir una reflexión sobre esto:

La energía se define en Física como la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. El trabajo se emplea en realizar cambios en el sistema. Por tanto podría verse la energía como la capacidad de cambio de un sistema. Así, un universo sin energía sería un universo estático, sin capacidad de evolución.
Por ejemplo, si calentamos un gas (le damos energía térmica) el gas se expandirá, cambiando así la configuración del "sistema". Esto mismo sucede en términos de física social: la industria necesita energía (Mega-Watios-hora) para poder transformar materias primas en productos, introduciendo así cambios en el sistema; la población necesita energía para moverse, para iluminar sus hogares, para calentarse, para cocinar, para trabajar, etc. ... es decir para mantener los procesos de cambio en la configuración de ese sistema hipercomplejo, sin los cuales la sociedad sería un fósil, un sistema muerto, congelado, estático. Sin embargo, el "formato" en que un sistema complejo puede absorber la energía no es arbitrario. Los Megawatios-hora de un huracán destruyen una ciudad, pero esa misma cantidad de Megawatios-hora en el "formato" adecuado (electricidad en la red, gas natural en las calderas, gasolina, ...) hacen que esa ciudad funcione y alimente sus procesos de cambio adecuadamente.
Personalmente, la relación entre la energía y complejidad de los sistemas me parece muy interesante y considero que podría ser un campo de estudio "transversal" para la Física, la Ingeniería, la Economía y la Sociología... Si alguien sabe de bibliografía sobre el tema la agradecería referencias.

Re: ¿Qué es la energía?

La cantidad de participación en los acontecimientos puede ser evaluada por la fuerza, la cantidad de existencia puede ser evaluada por su duración por lo tanto yo elegiría el impulso, producto de ambas magnitudes:

$I=F\Delta t$

Salu2, Jabato.

[chap]

Re: ¿Qué es la energía?

Imagina que la física hubiese llegado hasta hoy sin definir la energía. Es decir más o menos como era en tiempos de Newton. Para doctorarte te piden que dediques la tesis a definir una función matemática que represente las dos cualidades básicas de los entes físicos, existir y participar en acontecimientos. ¿ Qué tipo de función cumpliría ambas condiciones ?

Re: ¿Qué es la energía?

Creo que eso no es verdad, la definición del concepto de Hamiltoniano está muy bien, pero el origen de la substancia es distinto. Y si es así dime ¿de donde sale la cuantificación de la energía? ¿qué significado tiene para ti la energía del fotón? ¿Se puede dar una interpretación clásica al principio de incertidumbre o al de exclusión de Pauli? La energía en cuántica no tiene nada que ver con la energía clásica, ni por su origen ni por su tratamiento. En mi modesta opinión, claro. Ocurre algo parecido con la relatividad, la energía es la componente oculta de la cantidad de movimiento, al igual que el tiempo es la componente oculta del espacio. Nada que ver con los puntos de vista clásicos.

Podríamos decir, afinando mucho, que la física moderna se la han inventado los físicos. La física moderna no se demuestra sino que se postula, y luego la naturaleza les da la razón. Einstein postuló la invarianza de la velocidad de la luz (!), Srödinger se sacó su famosa ecuación de la manga (!!), Heisemberg se inventó el principio de incertidumbre (!!!), etc.

Salu2, Jabato.

Re: ¿Qué es la energía?

Si no estoy mal enterado, la energía en mecánica clásica y cúantica es lo mismo, una cantidad conservada que surge debido a la simetría temporal (eso de que el Hamiltoniano es el generador de translaciones temporales).