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PSICOLOGÍA2: MARCHA BÍPEDA, EL PARTO Y LA EVOLUCIÓN DEL CEREBRO. La evolución humana (u hominización) explica el proceso de evolución biológica de la especie humana desde sus ancestros hasta el estado actual.


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Marcha bípeda, el parto y la evolución del cerebro

 

Juan Luis Arsuaga es codirector del equipo de investigación multidisciplinar de las excavaciones y estudio de los yacimientos pleistocenos de Atapuerca (Burgos), premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 1997. Es, además, catedrático de Paleontología de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Complutense de Madrid. En el artículo que sigue analiza la importancia del parto en la especie humana, y la marcha bípeda a lo largo de la historia evolutiva del ser humano.

Marcha bípeda, el parto y la evolución del cerebro

Confieso que hice mi tesis doctoral sobre la pelvis en la evolución humana, especialmente en relación con la locomoción y con el parto, porque se trata de una cuestión apasionante, puesto que de todas nuestras características como especie nuestro tipo de parto es uno de los más originales o distintivos. Tenemos un tipo de parto muy extraño y complejo, con una dinámica muy rara: porque parimos con dolor, como dice la Biblia. Una explicación es que se trate de una condena divina, pero los científicos buscamos otras explicaciones y éstas están en nuestra historia evolutiva. Buscamos una razón en los antecedentes fósiles de nuestra especie. Y cuando se analiza con esta perspectiva histórica los cambios que han tenido lugar en nuestra anatomía y que han producido este parto tan complicado, y tan apasionante por otro lado en su estudio, pues realmente se disfruta mucho.

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La razón de que el parto sea doloroso es, por supuesto, la evolución y la postura bípeda: ésta es la responsable de que el parto sea tan complejo. En la evolución del parto hay dos etapas: uno que tiene que ver con la adquisición de la postura bípeda y otro que es mucho más reciente y que tiene que ver con el grado de dificultad del parto, el que el parto sea tan ajustado. Realmente podemos establecer tres etapas en la evolución del parto: una primera de parto muy fácil, a comienzo de la evolución de los homínidos; una segunda etapa de parto biomecánicamente complejo pero no particularmente difícil, no muy ajustado; y una tercera etapa que es la nuestra de parto laborioso, con una dinámica compleja y al mismo tiempo un parto estrecho, difícil, en el que los diámetros del feto a término están muy cercanos a los diámetros del canal del parto.

Los austrolopitecus son nuestros antepasados bípedos. Su aspecto, más allá de la postura bípeda, es el de un primate, no muy diferente de un chimpancé (de hecho se les ha calificado con frecuencia de forma impropia pero muy gráfica como «chimpancés bípedos», porque se parecen mucho, en estatura incluso, a lo que sería un chimpancé puesto de pie, aunque obviamente no eran chimpancés ni el hombre desciende del chimpancé: es una manera de expresar lo que hemos sido desde el punto de vista ecológico). Estos homínidos bípedos tienen más de tres millones de años (entre tres y cuatro). Hay postura bípeda con seguridad hace algo más de cuatro millones de años y podemos ver que su aspecto (sobre todo en la estructura de su cráneo, en el desarrollo de su cerebro, etc.) no es muy diferente de los chimpancés vivientes. Los chimpancés actuales los podemos considerar como unos equivalentes ecológicos de los primeros homínidos, que eran forestales. Ha cambiado muchísimo nuestra visión del hábitat de los astrolopitecus. Tradicionalmente se les representaba en ambientes más abiertos, en las sabanas o praderas. Ahora nos los imaginamos como unos vegetarianos que vivían en un medio forestal, en una selva húmeda. En esa época los homínidos conservaban la capacidad de subirse a los árboles -ahí estaba la mayor parte de su alimento: los frutos-, cosa que, por cierto, el hombre no ha perdido: seguimos teniendo de cintura para arriba la estructura de un arborícola. Aquellos homínidos adoptaron como solución para desplazarse de unos frutales a otros la postura bípeda, pero la mayor parte del tiempo lo pasaban en las copas de los árboles.

¿Cómo afecta eso al parto? Podemos comparar en diferentes especies de primates los diámetros del canal del parto –es un conducto de paredes óseas que tiene que atravesar el feto a término para nacer–. Se observa que el parto es muy ajustado en contra de lo que se suele pensar en la mayor parte de los primates: en un papión, en un macaco, por citar unos ejemplos, el parto es difícil, en el sentido de que los diámetros de la cabeza del feto a término y los diámetros del canal del parto son siempre bastante parecidos. Los macacos tienen serias dificultades y unos porcentajes de mortalidad muy elevados en el momento del parto. Son casos de partos traumáticos que, como se ve, no es una especialidad humana. Curiosamente, en los primates que están más cercanos a nosotros, como son el «orangután pongo», el «chimpancé pan» y el «gorila» el parto es sumamente sencillo y, sin duda, se daba también en nuestros antepasados todavía no bípedos. Nosotros en esto nos parecemos al macaco y a otros primates que están muy alejados del hombre y, sin embargo, los parientes más cercanos y los primeros homínidos tienen un parto muy holgado. En el parto en una hembra chimpancé y en una mujer las diferencias fundamentales se refieren a varios aspectos. En los chimpancés la trayectoria durante el parto es lineal, el feto a término describe en su «viaje» una trayectoria absolutamente recta y el parto es dorsal. En los humanos, el parto es ventral, eso quiere decir que se forma un ángulo recto entre la cavidad abdominal y la vagina y, por lo tanto, la trayectoria en el parto y el canal del parto está acodada, como resultado de la postura bípeda. Al ser bípedos los homínidos modificaron la orientación de la vagina y su abertura pasó de ser dorsal –como en el resto de los mamíferos– a hacerse ventral. Esto supone una primera dificultad inicial, que tiene que ver con la forma acodada de nuestro canal del parto; otra dificultad tiene que ver con la propia longitud del canal del parto, que es muy corto en los cuadrúpedos y es muy largo en nuestra especie. Podemos examinar, por otro lado, la forma de las paredes que es, por decirlo así, un tubo largo retorcido, y a eso se tiene que enfrentar el feto a término en el «viaje». Todos los obstáculos que tiene que sortear la cabeza del feto a término tienen que sortearlos después los hombros, que están situados en ángulo recto, con lo cual se tiene que rotar noventa grados el cuerpo para que por donde ha pasado la cabeza pasen luego los hombros.

La postura bípeda se alcanza hace algo más de cuatro millones de años en la evolución humana, pero tenemos muchos datos acerca de cómo es la pelvis hace algo más de tres millones de años, de forma que podemos enfrentarnos a la historia del parto en la evolución humana, a partir de un esqueleto muy famoso de un austrolopitecus femenino, que tiene un mote, Lucy, y con el que se ha estado trabajando durante muchos años para entender esta problemática obstétrica en la evolución humana en los primeros homínidos. En relación con la postura bípeda se produce un cambio importante en la morfología de la pelvis, y esto se ve comparando la pelvis de un chimpancé –una pelvis muy grande– con la de Lucy –una pelvis bastante más pequeña–. La postura bípeda ha traído, pues, una serie de consecuencias que se van a reflejar en el canal del parto. Podemos suponer que el feto a término de un austrolopitecus era en todos los aspectos relevantes de la morfología como el de un chimpancé, pues todavía no se ha producido la expansión del cerebro: Lucy no tenía un cerebro más grande que el de un chimpancé hembra adulto. Esto nos permite simular un parto con la pelvis de Lucy utilizando un feto a término de chimpancé; tenemos, pues, la oportunidad de suponer cómo era un parto de un homínido de hace tres millones de años. En mi opinión, no obstante, en los primeros homínidos nos encontramos ante un parto de características modernas, porque se puede determinar si el parto es dorsal o es ventral. ¿Cómo? Pues estableciendo la posición de la vulva, dónde está la salida de la vagina. ¿Cómo se puede saber esto? Pues estudiando la forma del hueso púbico. Si existe un triángulo subpúbico en una especie fósil –los chimpancés no lo tienen– eso quiere decir, en mi opinión, que la vagina se abre ventralmente, que por lo tanto el parto es ventral, de características modernas, en cuanto a su dinámica. Con una salvedad, y para eso me iré a Atapuerca. En un yacimiento de Atapuerca, que se conoce como la Sima de los Huesos, hemos encontrado pelvis masculinas y femeninas. Tenemos una pelvis masculina, que está más completa y que se ha hecho famosa, y a la que le llamamos Elvis y que es de hecho la pelvis más completa del registro fósil de la evolución humana. Existen tres pelvis en el registro: una la de Lucy, que es media pelvis y está deformada; otra es la pelvis de un yacimiento israelí, que tiene 60.000 años y que estudiamos en relación con Elvis, y la tercera pelvis y la más completa de todas es ésta de Elvis. Mi sueño es encontrar una pelvis femenina en Atapuerca, para la que ya tenemos un nombre, más castizo: Lola. Hemos encontrado muchos fragmentos de Lola, pero no una pelvis completa, pues es un hueso muy frágil. Pero tenemos suficiente material como para reconstruir una pelvis femenina.

¿Qué nos dice Elvis? Sabemos muchas cosas, tiene unos 350.000-400.000 años según las últimas dataciones de estos fósiles de la Sima de los Huesos. Elvis mide entre 1,75 y 1,80 de altura, lo que le hace ser un individuo normal. El cilindro corporal de esos homínidos de hace 400.000 años de Atapuerca era mucho más ancho que el nuestro, de morfología moderna pero mucho más ancho. Con esas medidas hemos podido simular informáticamente un parto en la hipotética pelvis de Lola. Nosotros imaginamos el parto en la Sima de los Huesos con características modernas. El feto a término va a nacer por debajo del pubis y tiene la orientación que le corresponde a un feto a término moderno. Por eso pensamos que los partos en estas poblaciones de hace 400.000 años era de características modernas en cuanto a rotación y a trayectoria. ¿En qué es, pues, distinto? Sólo en una cosa: es distinto en cuanto a su dificultad. Con la aparición de nuestra especie, el homo sapiens, se ha producido el último de los cambios importantes de la cadera, que es el estrechamiento del cilindro corporal, que hace que sea un parto muy ajustado. De tal modo, que cuando aparece la especie de homo sapiens, hace entre cien y doscientos mil años, se produce una dificultad añadida al parto, que es el grado de ajuste entre los diámetros pélvicos y los diámetros cefálicos del feto a término, y eso es lo que da lugar a esa maldición bíblica de que el parto sea tan doloroso.

La evolución del cerebro y de la mente

El origen de la mente humana, de la mente consciente y racional, constituye un problema para el que seguimos sin tener una explicación definitiva y consensuada. La cuestión de cuándo apareció nuestra mente es casi la última que nos queda por resolver. El origen del debate en torno a ella se remonta al libro fundacional de la biología moderna que es El origen de las especies (1859) de Darwin. En él Darwin no planteó tema del origen del hombre, aunque ya hablaba de la existencia de pasos graduales en el desarrollo evolutivo humano.

La teoría de la selección natural como mecanismo que ha producido nuestras características como hombres, que constituye la gran aportación de Darwin, también fue suscrita por Russell Wallace. Pero éste rechazó que la selección natural hubiese intervenido en la producción de la mente humana. A partir de entonces siguió el debate dentro del campo del evolucionismo y se siguen manteniendo ambas posturas, la darwiniana y la wallaciana. Dejando al margen cualquier intento de explicación sobrenatural para explicar el origen de la mente humana, que sería impensable en el terreno de la ciencia, y digamos que dentro del evolucionismo nadie discute que las capacidades cognitivas y racionales del hombre tienen un origen natural y evolutivo.

Hay científicos que consideran que la aparición de la mente humana tiene un origen natural pero diferente del resto de características que sí se deben a la selección natural. La teoría wallaciana defiende que nuestra mente no ha aparecido en la evolución de una forma gradual, sino de manera súbita e imprevista en cierto modo. Este mecanismo, que sólo se ha producido en nuestra especie, es precisamente lo que nos singulariza. La escuela darwinista, en cambio, sostiene que la mente humana es un escalón más en la evolución. Ello permite dividir a los homínidos en dos categorías: los homínidos racionales o conscientes, los humanos, y los homínidos que no son humanos, que no tienen vivencias conscientes, los animales de nuestro grupo, una especie de superchimpancés.

Yo me sitúo en el lado de Darwin y sostengo que nuestras facultades mentales se han desarrollado a través de diversas especies. No somos la única especia humana que ha habido.

Estudiar las especies fósiles es el único método que tenemos para ver si han tenido una mente consciente o no. Un factor a tener en cuenta es, por ejemplo, el tamaño del cerebro. A mayor tamaño, mayor complejidad mental. Se han encontrado en Francia unos frisos de leones dibujados de hace 35.000 años, que constituyen una explosión de creatividad. Las características morfológicas de la especie humana moderna existen desde hace 100.000 años; sin embargo, esa explosión de creatividad se dio hace 35.000. Algunos autores piensan que se ha producido algo como una nueva mutación neuronal que afectó a los tejidos blandos del cerebro.

Nos encontramos también con que hace 35.000 años aparecen por primera vez objetos de carácter utilitario, herramientas, que además son portadoras de mensajes, de signos y símbolos que pertenecen a un grupo. Los primeros objetos simbólicos creados por una mente humana se sitúan, pues, en torno a hace 35.000 años. Y aparecen de forma explosiva, pues antes no hay nada semejante. Esto avalaría la teoría wallaciana de que algo extraordinario ocurrió en el desarrollo de las especies. Sin embargo, el resto de las variables dan razón a Darwin, en cuanto a un desarrollo gradual.

Tenemos el caso de Lucy, un homínido muy parecido a un chimpancé bípedo. Se conservan moldes craneales que reflejan la forma del encéfalo y vemos que no son distintos a los de los chimpancés vivientes. En cuanto a su grado de encefalización, esos antepasados nuestros, pues, están en ese grado evolutivo de los chimpancés vivientes. En algunas cuevas del sur de África se encontraron restos de homínidos asociados a herbívoros (gacelas), y se dedujo que los homínidos habían sido los que habían llevado allí a los herbívoros, con lo que eran capaces de organizarse, abatir presas, transportarlas y compartir el alimento. Y también se han encontrado restos de homínidos acumulados, quizá llevados allí por depredadores, leopardos y otras especies.

Vemos también la utilización de instrumentos de piedra con que se ayudaban para reducir el filo de un objeto. Con ello esos homínidos pudieron acceder a nuevos tipos de alimento, algo imprescindible para la expansión del cerebro. Es la primera vez que aparece la tecnología en la historia humana y a partir de ahí tenemos un desarrollo tecnológico que es propiamente gradual. Así que mientras que en el terreno de los símbolos, asistimos a una explosión, el desarrollo tecnológico se va perfeccionando gradualmente. Aquí podríamos decir que Darwin gana y Wallace pierde.

Esos homínidos eran capaces de fabricar instrumentos de piedra muy perfectos. En el sentido morfológico sí asistimos, pues, a un proceso gradual. Desde el punto de vista de la apariencia física, tenemos otro argumento a favor de Darwin.

Y ahora damos un gran salto evolutivo y nos situamos en Atapuerca. Los homínidos encontrados aquí muestran que eran capaces de entender el funcionamiento de los ecosistemas europeos y sus ciclos estacionales, de sobrevivir en lugares en los que ningún otro primate ha podido hacerlo. Existe una complejidad mental que les permite entender cómo funcionan esos ciclos naturales y de ahí pudieron sobrevivir en el continente europeo. El mero hecho de haber podido escapar de África muestra que tenían una mayor capacidad para comprender los fenómenos naturales que los chimpancés, que no han salido de su ambiente tropical. Esto también aboga a favor de Darwin.

También en Atapuerca hemos encontrado al grupo humano, un comportamiento social de tipo moderno. Hay argumentos sólidos a favor de que la biología social de esta especie es una biología social humana. En el resto de especies cercanas a las nuestras no hay grupos sociales como los nuestros, como los gibones, orangutanes, gorilas, por ejemplo. Podemos, pues, constatar la existencia de una biología social hace 400.000 años.

Resumiendo: hemos visto las dos líneas evolutivas en que se produce el aumento del encéfalo. Una de ellas es la de los neanderthales, que desarrollan un gran cerebro, y la otra línea es la nuestra. Los neanderthales que vivieron en nuestro territorio hasta no hace mucho, pueden ser considerados como una especie moderna. Hace menos de 30.000 años los neanderthales tenían una mente instintiva, animal. Hacían fuego, enterraban a sus muertos. Sería la culminación de hasta donde pueden llegar los genes. Sus acciones serían automáticas (también nosotros tenemos automatismos, como conducir, respirar, etc.). Pero cabe preguntarse: los neandertales ¿eran no humanos o humanos distintos?

Fuente: Boletín Informativo nº 322. Fundación Juan March

Aparece en

Paleontología; Arqueología; Evolución humana; Antropología; Atapuerca

EspeciesCronología (cron)DistribuciónAltura de adulto (m)Masa de adulto (kg)Volumen craneal (cm³)Registro fósilDescubrimiento /
publicación del nombre
H. habilis2.5–1.4África oriental1.0–1.530–55600varios1960/1964
H. rudolfensis1.9Kenia   1 craneo1972/1986
H. georgicus1.8–1.6Georgia  600Escasos1999/2002
H. ergaster1.9–1.25Este y Sur de África1.9 700–850varios1975
H. erectus2–0.3África, Eurasia (Java, China, Vietnam, Caucaso)1.860900–1100varios1891/1892
H. cepranensis0.8Italia   1 copa craneal1994/2003
H. antecessor0.8–0.35España, Inglaterra1.75901000tres sitios1994/1997
H. heidelbergensis0.6–0.25Europa, África1.8601100–1400varios1907/1908
Homo rhodesiensis0.3–0.12Zambia  1300Muy pocos1921
Homo neanderthalensis0.23–0.024Europa, Asia Occidental1.655–70 (complexión fuerte)1200–1700varios1829/1864
Homo sapiens0.25–presenteMundial1.4–1.955–1001000–1850todavía vive—/1758
H. sapiens idaltu0.16Etiopía  14503 cráneos1997/2003
H. floresiensis0.10–0.012Indonesia1.0254007 individuos2003/2004

LA EVOLUCIÓN HUMANA EN: 

http://es.wikipedia.org/wiki/Evoluci%C3%B3n_humana

PSICOLOGÍA2: IMAGINACIÓN. La imaginación (del latín imaginatĭo, -ōnis) es el ejercicio de abstracción de la realidad actual, supuesto en el cual se da solución a necesidades, deseos o preferencias. Las soluciones pueden ser más o menos realistas, en función de lo razonable que sea lo imaginado.

Imaginación

De Wikipedia, la enciclopedia libre

La imaginación (del latín imaginatĭo, -ōnis) es el ejercicio de abstracción de la realidad actual, supuesto en el cual se da solución a necesidades, deseos o preferencias. Las soluciones pueden ser más o menos realistas, en función de lo razonable que sea lo imaginado.

Si es perfectamente trazable, entonces recibe el nombre de inferencia; si no lo es, entonces recibe el nombre de fantasía.

[editar] Funciones de la imaginación

La imaginación cumple principalmente el papel de representación de experiencias. En la imaginación es donde se representan, visual, auditiva, y en ocasiones, táctil y olfativamente, los hechos vividos, los hechos que se están viviendo y, con un grandísimo potencial, los posibles hechos futuros que sucederán.

Allí aparecen representados escenarios, personajes, objetos, e incluso emociones. En la imaginación es donde aparecen los distintos elementos que entran en juego a la hora de emitir una conclusión.

Así, si un amigo (A) le cuenta a otro (B) lo siguiente: "Un señor se estaba acercando a mí, sin dejar de mirarme a los ojos":

  1. Lo primero que hará (B) será colocar en la imaginación, de forma inconsciente, un hombre o una mujer andando hacia él mirándolo a la cara. Con esta representación visual de la realidad, (B) puede predecir posibles conclusiones o hechos que van a suceder.
  2. En segundo lugar, (B), inconscientemente, valorará la lista de las posibles conclusiones o hechos que piensa que van a suceder. Si no encuentra en su memoria experiencias iguales, entonces busca parecidas, por ejemplo, si este señor lleva un mapa en la mano

Bien, puesto que el hecho de visualizar a un señor con un mapa en la mano se realiza también en la imaginación, así como se podría visualizar una señora justo detrás de nosotros, que es a quién va a saludar este señor, o quizás podría imaginarse (B) que el señor viene con intenciones malvadas, o quizás que el señor quiere ofrecernos un interesante negocio.

Es decir, la imaginación juega un papel crucial en la comprensión de la vida. De un vistazo entendemos objetos y relaciones, y podemos sacar un juicio de valor más acorde a la realidad, que si no tuviésemos imaginación.

[editar] Enlaces externos

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PSICOLOGÍA2: RAZONAMIENTO INDUCTIVO. El razonamiento inductivo es una modalidad del razonamiento no deductivo que consiste en obtener conclusiones generales a partir de premisas que contienen datos particulares. Por ejemplo, de la observación repetida de objetos o acontecimientos de la misma índole se establece una conclusión para todos los objetos o eventos de dicha naturaleza.

Razonamiento inductivo

De Wikipedia, la enciclopedia libre

El razonamiento inductivo es una modalidad del razonamiento no deductivo que consiste en obtener conclusiones generales a partir de premisas que contienen datos particulares. Por ejemplo, de la observación repetida de objetos o acontecimientos de la misma índole se establece una conclusión para todos los objetos o eventos de dicha naturaleza.

Premisas: Es igual

  • He observado el cuervo número 1 y era de color negro.
  • El cuervo número 2 también era negro.
  • El cuervo número 3 también

Conclusión:

  • Luego, todos los cuervos son negros.

En este razonamiento se generaliza para todos los elementos de un conjunto la propiedad observada en un número finito de casos. Ahora bien, la verdad de las premisas (10.000 observaciones favorables a esta conclusión, por ejemplo) no convierte en verdadera la conclusión, ya que podría haber una excepción. De ahí que la conclusión de un razonamiento inductivo sólo pueda considerarse probable y, de hecho, la información que obtenemos por medio de esta modalidad de razonamiento es siempre una información incierta y discutible. El razonamiento sólo es una síntesis incompleta de todas las premisas.

En un razonamiento inductivo válido, por tanto, es posible afirmar las premisas y, simultáneamente, negar la conclusión sin contradecirse. Acertar en la conclusión será una cuestión de probabilidades.[1]

Dentro del razonamiento inductivo se distinguen dos tipos:

  • Completo: se acerca a un razonamiento deductivo porque la conclusión no aporta más información que la ya dada por las premisas. En él se estudian todos los individuos abarcados por la extensión del concepto tratado, por ejemplo:
Mario y Laura tienen cuatro hijos: María, Juan, Pedro, y Jorge. María es rubia, Juan es rubio , Pedro es rubio, Jorge es rubio; Por lo tanto todos los hijos de Mario y Laura son rubios.
  • Incompleto: la conclusión va más allá de los datos que dan las premisas. A mayor cantidad de datos, mayor probabilidad. La verdad de las premisas no garantiza la verdad de la conclusión. Por ejemplo:
María es rubia, Juan es rubio, Pedro es rubio, Jorge es rubio; Por lo que todas las personas son rubias.

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Los cánones de Mill [editar]

John S. Mill propuso cinco métodos en el razonamiento inductivo.

Los primeros cuatro cánones, apuntan a concluir qué circunstancia hallada en los casos es causa del fenómeno estudiado. En el último, las causas se buscan en otros fenómenos.

I. Método de la concordancia. Si se encuentra una única circunstancia en común entre los casos que se investigan, se puede inducir que dicha circunstancia es la causa del fenómeno.

II. Método de la diferencia. Si una circunstancia entre varias iguales es la que distingue al resto de los casos, y el fenómeno se da diferente en ese caso, entonces dicha circunstancia es la causa del fenómeno.

III. Método de la concordancia y diferencia. Es el método de la concordancia, que se verifica con el método de la diferencia. Este método puede parecer más seguro. Sin embargo, tampoco es infalible.

IV. Método de los residuos. Consiste en eliminar determinadas circunstancias, e ir observando si el fenómeno persiste.

V. Método de las variaciones concomitantes. Consiste en observar las variaciones del fenómeno, y descubrir qué otro fenómeno varía de manera concomitante. Si se encuentra, ése puede ser la causa del fenómeno estudiado.

Citas y notas [editar]

  1. Considérese, por ejemplo, los cisnes: en Francia son blancos. En Alemania e Inglaterra también son blancos. En realidad, en toda Europa todos los cisnes son blancos. Sin embargo, y en contrario a la induccion obvia y tradicional, no todos los cisnes son blancos.

Véase también [editar]

Enlaces externos [editar]

PSICOLOGÍA2: RAZONAMIENTO Y LÓGICA: EL MÉTODO DE EXTRAPOLACIÓN; El método de extrapolación es un método científico lógico que consiste en suponer que el curso de los acontecimientos continuará en el futuro, convirtiéndose en las reglas que se utilizarán para llegar a una nueva conclusión.

Método de extrapolación

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Ejemplo de aplicación del método de extrapolación cualitativa sobre la evolución del diseño del autómovil.
Ejemplo de aplicación del método de extrapolación cuantitativa sobre la continuación de una función.

El método de extrapolación es un método científico lógico que consiste en suponer que el curso de los acontecimientos continuará en el futuro, convirtiéndose en las reglas que se utilizarán para llegar a una nueva conclusión. Es decir, se afirma a ciencia cierta que existen unos axiomas y éstos son extrapolables a la nueva situación.

La base para una extrapolación será el conocimiento sobre el reciente desarrollo del fenómeno. Se precisa al menos dos observaciones secuenciales hechas en puntos conocidos en el tiempo. Las observaciones son habitualmente registradas como variables cuantitativas, medidas con algún tipo de escala. El material consiste en una serie cronológica. No obstante, nada impide extrapolar tendencias que se describan enteramente en términos cualitativos.

Utilizado para buscar la solución a un problema (lógica) o de enseñar la misma (pedagogía), lo convierte en una herramienta muy utilizada en el marco profesional y de enseñanza. Esta vía no es necesariamente exclusoria de la del método de interpolación y mucho menos pueden considerarse como únicas.

En Pedagogía viene asociado al método silábico para el aprendizaje. Para enseñar la lectura, un estudiante aprende el alfabeto y después las reglas de asociación de las letras (B - A → BA), y utiliza esas reglas para obtener una palabra. En Medicina un estudiante de Medicina aprende los órganos, sus funciones e interacciones, sus disfunciones y sus síntomas asociados, sus estructuras, etc. y utiliza esas reglas para obtener un conocimiento global del cuerpo humano.

Véase también [editar]

PSICOLOGÍA2: RAZONAMIENTO. MÉTODO DE INTERPOLACIÓN.

Método de interpolación

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Ejemplo de aplicación del método de interpolación sobre la creación de una recta.

El método de interpolación es un método científico lógico que consiste en determinar cada una de las variables en las formas en las que que se pueden reproducir y cómo afectan al resultado. Pero no sólo basándose en su relación estadística sino también en su causalidad. Esto constituye las reglas que se utilizan para llegar a una nueva conclusión, siempre de forma aproximada. Es decir, se considera todas las situaciones posibles y sus repercusiones y las interpolamos a la nueva situación por analogía o inducción.

Utilizado para buscar la solución a un problema (lógica) o de enseñar la misma (pedagogía), lo convierte en una herramienta muy utilizada en el marco profesional y de enseñanza. Esta vía no excluye necesariamente la del método de extrapolación y mucho menos pueden considerarse como únicas.

En Pedagogía viene asociado al método global para el aprendizaje. Por ejemplo, para enseñar la lectura, las letras sólo se pueden entender en sus contextos (las palabras), las palabras sólo pueden entenderse en sus contextos (las frases), etc. Igualmente, en la enseñanza del kata éste se enseña en etapas, se comienza el aprendizaje con katas relativamente menos complejos para luego ir incrementando la complejidad de las técnicas y la velocidad de ejecución.

Véase también [editar]

PSICOLOGÍA2: INDUCTIVISMO; El inductivismo o método lógico inductivo es un método científico que saca conclusiones generales de algo particular.

Inductivismo

De Wikipedia, la enciclopedia libre

El inductivismo o método lógico inductivo es un método científico que saca conclusiones generales de algo particular. Este ha sido el método científico más común, pero también han surgido otras escuelas epistemológicas que han desarrollado otros como el falsacionismo y los paradigmas de Kuhn.

El inductivismo se caracteriza por tener 4 etapas básicas:

  • Observación y registro de todos los hechos
  • Análisis y clasificación de los hechos
  • Derivación inductiva de una generalización a partir de los hechos
  • Contrastación

En una primera etapa se deberían observar y registrar todos los hechos y luego analizarlos y clasificarlos ordenadamente.

A partir de los datos procesados se deriva una hipótesis que solucione el problema basada en el análisis lógico de los datos procesados. Esta derivación de hipótesis se hace siguiendo un razonamiento inductivo.

En la última etapa se deduce una implicación contrastadora de hipótesis. Esta implicación debería ocurrir en el caso de que la hipótesis sea verdadera, así si se confirma la implicación contrastadora de hipótesis quedará validada la hipótesis principal.

Véase también [editar]

PSICOLOGÍA2: RAZONAMIENTO INDUCTIVO: INDUCCIÓN; En el ámbito de la lógica, el razonamiento inductivo, que es una modalidad del razonamiento no deductivo consistente en obtener conclusiones generales a partir de premisas que contienen datos particulares.

Inducción

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Inducción significa:

  • En el ámbito de la lógica, el razonamiento inductivo, que es una modalidad del razonamiento no deductivo consistente en obtener conclusiones generales a partir de premisas que contienen datos particulares. Principio de inducción completa es un razonamiento que permite demostrar una infinidad de proposiciones, o una proposición a un tipo de razonamiento en donde se obtienen conclusiones tan sólo probables (concepción más moderna). La inducción matemática es un caso especial, donde se va de lo particular a lo general y, no obstante, se obtiene una conclusión necesaria. Típicamente, el razonamiento inductivo se contrapone al razonamiento deductivo, que va de lo general a lo particular y sus conclusiones son necesarias (véase inductivismo, métodos de interpolación y extrapolación y razonamiento inductivo).
  • En electromagnetismo, la inducción es un fenómeno descubierto por Michael Faraday, por el cual una fuerza electromotriz se origina en un medio o cuerpo al exponerse éste a un campo magnético variable, o si el campo es estático y el cuerpo afectado móvil.
  • En embriología, la inducción hace referencia a la iniciación o causa de un cambio o proceso ontogenético. La inducción es la interacción entre un estrecho rango entre dos o más células o tejidos de propiedades diferentes.En la inducción existen dos componentes: el inductor y el respondedor.
  • En investigación de mercados, inducción a un entrevistado se refiere a la mala aplicación de una encuesta o entrevista, en que el entrevistador induce una respuesta, esto es, orienta la respuesta del entrevistado forzando a que éste responda lo que el entrevistador quiere, perdiendo totalmente la objetividad en dicha respuesta.
  • En Recursos Humanos, la inducción laboral, consiste en la orientación, ubicación y supervisión que se efectúa a los trabajadores de reciente ingreso (puede aplicarse asimismo a las transferencias de personal), durante el período de desempeño inicial. Es el proceso formal para familiarizar a los empleados de reciente ingreso con la organización, sus puestos y unidades de trabajo. Dentro de los propósitos de la inducción laboral encontramos: Ayudar a los empleados de la organización a conocer y auxiliar al nuevo empleado para que tenga un conocimiento productivo.Establecer actitudes favorables de los empleados hacia la organización, sus políticas y su personal. Ayudar a los nuevos trabajadores a desarrollar un sentimiento de pertenencia y aceptación para generar entusiasmo y elevar la moral. El proceso de inducción es necesario porque el trabajador debe adaptarse lo más rápido posible y eficazmente posible al nuevo ambiente de trabajo.

PSICOLOGÍA2: "LA LUZ". LUZ Y CULTURA. PSICOLOGÍA DEL COLOR. La luz (del latín lux, lucis) es la clase de energía electromagnética radiante que puede ser percibida por el ojo humano. En un sentido más amplio, el término luz incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético.

Luz

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Para otros usos de este término, véase Luz (desambiguación).
Artículo bueno Wikipedia:Artículos buenos
Rayo de luz solar dispersado por partículas de polvo en el cañón del Antílope, en Estados Unidos.
Fisiograma hecho moviendo la cámara (dibujando al revés)

La luz (del latín lux, lucis) es la clase de energía electromagnética radiante que puede ser percibida por el ojo humano. En un sentido más amplio, el término luz incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético.

La ciencia que estudia las principales formas de producir luz, así como su control y aplicaciones, se denomina óptica.

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[editar] Principales características, efectos y propiedades de la luz

El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que nos permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza.

[editar] Velocidad finita

Artículo principal: Velocidad de la luz
La línea amarilla muestra el tiempo que tarda la luz en recorrer el espacio entre la Tierra y la Luna, alrededor de 1,2 segundos.

Se ha demostrado teórica y experimentalmente que la luz tiene una velocidad finita. La primera medición con éxito fue hecha por el astrónomo danés Ole Roemer en 1676 y desde entonces numerosos experimentos han mejorado la precisión con la que se conoce el dato. Actualmente el valor exacto aceptado para la velocidad de la luz en el vacío es de 299.792.458 m/s.[1]

La velocidad de la luz al propagarse a través de la materia es menor que a través del vacío y depende de las propiedades dieléctricas del medio y de la energía de la luz. La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio se denomina índice de refracción del medio:

n = frac{c}{v}

[editar] Refracción

Artículo principal: Refracción
Prisma

La refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja. El cambio de dirección es mayor, cuanto mayor es el cambio de velocidad, ya que la luz prefiere recorrer las mayores distancias en su desplazamiento por el medio que vaya más rápido. La ley de Snell relaciona el cambio de ángulo con el cambio de velocidad por medio de los índices de refracción de los medios.

Como la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromática a través de un medio no paralelo, como un prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) según su energía, en un fenómeno denominado dispersión refractiva. Si el medio es paralelo, la luz se vuelve a recomponer al salir de él.

Ejemplos muy comunes de la refracción son la ruptura aparente que se ve en un lápiz al introducirlo en agua o el arco iris.

[editar] Propagación y difracción

Artículo principal: Difracción
Sombra de una canica

Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir la posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión.

De la propagación de la luz y su encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que, relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una sombra definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgirá una sombra en la que se distinguen una región más clara denominada penumbra y otra más oscura denominada umbra.

Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, es el responsable de que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un número de aumentos máximo.

[editar] Interferencia

Artículo principal: Interferencia

La forma más sencilla de estudiar el fenómeno de la interferencia es con el denominado experimento de Young que consiste en hacer incidir luz monocromática (de un solo color) en una pantalla que tiene rendija muy estrecha. La luz difractada que sale de dicha rendija se vuelve a hacer incidir en otra pantalla con una doble rendija. La luz procedente de las dos rendijas se combina en una tercera pantalla produciendo bandas alternativas claras y oscuras.

El fenómeno de las interferencias se puede ver también de forma natural en las manchas de aceite sobre los charcos de agua o en la cara con información de los discos compactos; ambos tienen una superficie que, cuando se ilumina con luz blanca, la difracta, produciéndose una cancelación por interferencias, en función del ángulo de incidencia de la luz, de cada uno de los colores que contiene, permitiendo verlos separados, como en un arco iris.

[editar] Reflexión y dispersión

Pez Ballesta reflejado

Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retiene unos instantes su energía y a continuación la reemite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).

La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado reflexión interna total, que se produce cuando un rayo de luz, intenta salir de un medio en que su velocidad es más lenta a otro más rápido, con un determinado ángulo. Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Esta reflexión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.

Cuando la luz es reflejada difusa e irregularmente, el proceso se denomina dispersión. Gracias a este fenómeno podemos seguir la trayectoria de la luz en ambientes polvorientos o en atmósferas saturadas. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada por la atmósfera. El color blanco de las nubes o el de la leche también se debe a la dispersión de la luz por el agua o por el calcio que contienen respectivamente.

[editar] Polarización

Artículo principal: Polarización electromagnética
Polarizador

El fenómeno de la polarización se observa en unos cristales determinados que individualmente son transparentes. Sin embargo, si se colocan dos en serie, paralelos entre sí y con uno girado un determinado ángulo con respecto al otro, la luz no puede atravesarlos. Si se va rotando uno de los cristales, la luz empieza a atravesarlos alcanzándose la máxima intensidad cuando se ha rotado el cristal 90º respecto al ángulo de total oscuridad.

También se puede obtener luz polarizada a través de la reflexión de la luz. La luz reflejada está parcial o totalmente polarizada dependiendo del ángulo de incidencia. El ángulo que provoca una polarización total se llama ángulo de Brewster.

Muchas gafas de sol y filtros para cámaras incluyen cristales polarizadores para eliminar reflejos molestos

[editar] Efectos químicos

Artículo principal: Fotoquímica

Algunas sustancias al absorber luz, sufren cambios químicos; utilizan la energía que la luz les transfiere para alcanzar los niveles energéticos necesarios para reaccionar, para obtener una conformación estructural más adecuada para llevar a cabo una reacción o para romper algún enlace de su estructura (fotólisis).

La fotosíntesis en las plantas, que generan azúcares a partir de dióxido de carbono, agua y luz; la síntesis de vitamina D en la piel; la ruptura de dihalógenos con luz en las reacciones radicalarias o el proceso de visión en el ojo, producido por la isomerización del retinol con la luz, son ejemplos de reacciones fotoquímicas. El área de la química encargada del estudio de estos fenómenos es la fotoquímica.

[editar] Aproximación histórica

Artículo principal: Historia de la óptica

A principios del siglo XVIII era creencia generalizada que la luz estaba compuesta de pequeñas partículas. Fenómenos como la reflexión, la refracción y las sombras de los cuerpos, se podían esperar de torrentes de partículas. Isaac Newton demostró que la refracción estaba provocada por el cambio de velocidad de la luz al cambiar de medio y trató de explicarlo diciendo que las partículas aumentaban su velocidad al aumentar la densidad del medio. La comunidad científica, consciente del prestigio de Newton, aceptó su teoría corpuscular.

En la cuneta quedaba la teoría de Christian Huygens que en 1678 propuso que la luz era un fenómeno ondulatorio que se transmitía a través de un medio llamado éter. Esta teoría quedó olvidada hasta la primera mitad del siglo XIX, cuando Thomas Young sólo era capaz de explicar el fenómeno de las interferencias suponiendo que la luz fuese en realidad una onda. Otros estudios de la misma época explicaron fenómenos como la difracción y la polarización teniendo en cuenta la teoría ondulatoria.

El golpe final a la teoría corpuscular pareció llegar en 1848, cuando se consiguió medir la velocidad de la luz en diferentes medios y se encontró que variaba de forma totalmente opuesta a como lo había supuesto Newton. Debido a esto, casi todos los científicos aceptaron que la luz tenía una naturaleza ondulatoria. Sin embargo todavía quedaban algunos puntos por explicar como la propagación de la luz a través del vacío, ya que todas las ondas conocidas se desplazaban usando un medio físico, y la luz viajaba incluso más rápido que en el aire o el agua. Se suponía que este medio era el éter del que hablaba Huygens, pero nadie lo conseguía encontrar.

En 1845, Michael Faraday descubrió que el ángulo de polarización de la luz se podía modificar aplicándole un campo magnético (efecto Faraday), proponiendo dos años más tarde que la luz era una vibración electromagnética de alta frecuencia. James Clerk Maxwell, inspirado por el trabajo de Faraday, estudió matemáticamente estas ondas electromagnéticas y se dio cuenta de que siempre se propagaban a una velocidad constante, que coincidía con la velocidad de la luz, y de que no necesitaban medio de propagación ya que se autopropagaban. La confirmación experimental de las teorías de Maxwell eliminó las últimas dudas que se tenían sobre la naturaleza ondulatoria de la luz.

No obstante, a finales del siglo XIX, se fueron encontrando nuevos efectos que no se podían explicar suponiendo que la luz fuese una onda, como, por ejemplo, el efecto fotoeléctrico, esto es, la emisión de electrones de las superficies de sólidos y líquidos cuando son iluminados. Los trabajos sobre el proceso de absorción y emisión de energía por parte de la materia sólo se podían explicar si uno asumía que la luz se componía de partículas. Entonces la ciencia llegó a un punto muy complicado e incomodo: se conocían muchos efectos de la luz, sin embargo, unos sólo se podían explicar si se consideraba que la luz era una onda, y otros sólo se podían explicar si la luz era una partícula.

El intento de explicar esta dualidad onda-partícula, impulsó el desarrollo de la física durante el siglo XX. Otras ciencias, como la biología o la química, se vieron revolucionadas ante las nuevas teorías sobre la luz y su relación con la materia.

[editar] Naturaleza de la luz

La luz presenta una naturaleza compleja: depende de como la observemos se manifestará como una onda o como una partícula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios (véase Dualidad onda corpúsculo). Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fenómenos en los que participa según su interpretación teórica:

[editar] Teoría ondulatoria

[editar] Descripción

Esta teoría considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas son sinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación (vec{k}).

Vista lateral (izquierda) de una onda electromagnética a lo largo de un instante y vista frontal (derecha) de la misma en un momento determinado. De color rojo se representa el campo magnético y de azul el eléctrico.

Para poder describir una onda electromagnética podemos utilizar los parámetros habituales de cualquier onda:

  • Amplitud (A): Es la longitud máxima respecto a la posición de equilibrio que alcanza la onda en su desplazamiento.
  • Periodo (T): Es el tiempo necesario para el paso de dos máximos o mínimos sucesivos por un punto fijo en el espacio.
  • Frecuencia (v): Número de oscilaciones del campo por unidad de tiempo. Es una cantidad inversa al periodo.
  • Longitud de onda (λ' '): Es la distancia lineal entre dos puntos equivalentes de ondas sucesivas.
  • Velocidad de propagación (V): Es la distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo. En el caso de la velocidad de propagación de la luz en el vacío, se representa con la letra c.

La velocidad, la frecuencia, el periodo y la longitud de onda están relacionadas por las siguientes ecuaciones:

c = lambda cdot nu = frac{lambda}{T}

[editar] Fenómenos ondulatorios

Véase también: Movimiento ondulatorio

Algunos de los fenómenos más importantes de la luz se pueden comprender fácilmente si se considera que tiene un comportamiento ondulatorio.

El principio de superposición de ondas nos permite explicar el fenómeno de la interferencia: si juntamos en el mismo lugar dos ondas con la misma longitud de onda y amplitud, si están en fase (las crestas de las ondas coinciden) formarán una interferencia constructiva y la intensidad de la onda resultante será máxima e igual a dos veces la amplitud de las ondas que la conforman. Si están desfasadas, habrá un punto donde el desfase sea máximo (la cresta de la onda coincida exactamente con un valle) formándose una interferencia destructiva, anulándose la onda. El experimento de Young, con sus rendijas, nos permite obtener dos focos de luz de la misma longitud de onda y amplitud, creando un patrón de interferencias sobre una pantalla.

Las ondas cambian su dirección de propagación al cruzar un obstáculo puntiagudo o al pasar por una abertura estrecha. Como recoge el principio de Fresnel - Huygens, cada punto de un frente de ondas es un emisor de un nuevo frente de ondas que se propagan en todas las direcciones. La suma de todos los nuevos frentes de ondas hacen que la perturbación se siga propagando en la dirección original. Sin embargo, si por medio de una rendija o de un obstáculo puntiagudo, se separa uno o unos pocos de los nuevos emisores de ondas, predominará la nueva dirección de propagación frente a la original.

Onda propagándose a través de una rendija

La difracción de la luz se explica fácilmente si se tiene en cuenta este efecto exclusivo de las ondas. La refracción, también se puede explicar utilizando este principio, teniendo en cuenta que los nuevos frentes de onda generados en el nuevo medio, no se transmitirán con la misma velocidad que en el anterior medio, generando una distorsión en la dirección de propagación:

Refracción de la luz según el principio de Huygens

Otro fenómeno de la luz fácilmente identificable con su naturaleza ondulatoria es la polarización. La luz no polarizada está compuesta por ondas que vibran en todos los ángulos, al llegar a un medio polarizador, sólo las ondas que vibran en un ángulo determinado consiguen atravesar el medio, al poner otro polarizador a continuación, si el ángulo que deja pasar el medio coincide con el ángulo de vibración de la onda, la luz pasará íntegra, si no sólo una parte pasará hasta llegar a un ángulo de 90º entre los dos polarizadores, donde no pasará nada de luz.

Dos polarizadores en serie

Este efecto, además, permite demostrar el carácter transversal de la luz (sus ondas vibran en dirección perpendicular a la dirección de propagación).

El efecto Faraday y el cálculo de la velocidad de la luz, c, a partir de constantes eléctricas (permitividad, varepsilon_0) y magnéticas (permeabilidad, μ0) por parte de la teoría de Maxwell:

c= frac {1} {sqrt{varepsilon_0mu_0}}

confirman que las ondas de las que está compuesta la luz son de naturaleza electromagnética. Esta teoría fue capaz, también, de eliminar la principal objeción a la teoría ondulatoria de la luz, que era encontrar la manera de que las ondas se trasladasen sin un medio material.

[editar] Teoría corpuscular

[editar] Descripción

La teoría corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de partículas sin carga y sin masa llamadas fotones, capaces de portar todas las formas de radiación electromagnética. Esta interpretación resurgió debido a que, la luz, en sus interacciones con la materia, intercambia energía sólo en cantidades discretas (múltiplas de un valor mínimo) de energía denominadas cuantos. Este hecho es difícil de combinar con la idea de que la energía de la luz se emita en forma de ondas, pero es fácilmente visualizado en términos de corpúsculos de luz o fotones.

[editar] Fenómenos corpusculares

Existen tres efectos que demuestran el carácter corpuscular de la luz. Según el orden histórico, el primer efecto que no se pudo explicar por la concepción ondulatoria de la luz fue la radiación del cuerpo negro.

un cuerpo negro teóricamente perfecto que absorbe toda la luz que incide en él y por eso, cuando se calienta se convierte en un emisor ideal de radiación térmica, que permite estudiar con claridad el proceso de intercambio de energía entre radiación y materia. La distribución de frecuencias observadas de la radiación emitida por la caja a una temperatura de la cavidad dada, no se correspondía con las predicciones teóricas de la física clásica. Para poder explicarlo, Max Planck, al comienzo del siglo XX, postuló que para ser descrita correctamente, se tenía que asumir que la luz de frecuencia ν es absorbida por múltiplos enteros de un cuanto de energía igual a , donde h es una constante física universal llamada Constante de Planck.

displaystyle E = h nu

En 1905, Albert Einstein utilizó la teoría cuántica recién desarrollada por Planck para explicar otro fenómeno no comprendido por la física clásica: el efecto fotoeléctrico. Este efecto consiste en que cuando un rayo monocromático de radiación electromagnética ilumina la superficie de un sólido (y, a veces, la de un líquido), se desprenden electrones en un fenómeno conocido como fotoemisión o efecto fotoeléctrico externo. Estos electrones poseen una energía cinética que puede ser medida electrónicamente con un colector con carga negativa conectado a la superficie emisora. No se podía entender que la emisión de los llamados "fotoelectrones" fuese inmediata e independiente de la intensidad del rayo. Eran incluso capaces de salir despedidos con intensidades extremadamente bajas, lo que excluía la posibilidad de que la superficie acumulase de alguna forma la energía suficiente para disparar los electrones. Además, el número de electrones era proporcional a la intensidad del rayo incidente. Einstein demostró que el efecto fotoeléctrico podía ser explicado asumiendo que la luz incidente estaba formada de fotones de energía , parte de esta energía 0 se utilizaba para romper las fuerzas que unían el electrón con la materia, el resto de la energía aparecía como la energía cinética de los electrones emitidos:

frac{1}{2} m v_{max}^2 = h (nu - nu_0)

donde m es la masa del electrón, vmáx la velocidad máxima observada, ν es la frecuencia de la luz iluminante y ν0 es la frecuencia umbral característica del sólido emisor.

La demostración final fue aportada por Arthur Compton que observó como al hacer incidir rayos X sobre elementos ligeros, estos se dispersaban con menor energía y además se desprendían electrones (fenómeno posteriormente denominado en su honor como efecto Compton). Compton, ayudándose de las teorías anteriores, le dio una explicación satisfactoria al problema tratando la luz como partículas que chocan elásticamente con los electrones como dos bolas de billar. El fotón, corpúsculo de luz, golpea al electrón: el electrón sale disparado con una parte de la energía del fotón y el fotón refleja su menor energía en su frecuencia. Las direcciones relativas en las que salen despedidos ambos están de acuerdo con los cálculos que utilizan la conservación de la energía y el momento.

Otro fenómeno que demuestra la teoría corpuscular es la presión luminica .

[editar] Teorías cuánticas

Diagrama de Feynman mostrando el intercambio de un fotón virtual (simbolizado por una línea ondulada y gamma ,) entre un positrón y un electrón.

La necesidad de reconciliar las ecuaciones de Maxwell del campo electromagnético, que describen el carácter ondulatorio electromagnético de la luz, con la naturaleza corpuscular de los fotones, ha hecho que aparezcan varías teorías que están aún lejos de dar un tratamiento unificado satisfactorio. Estas teorías incorporan por un lado, la teoría de la electrodinámica cuántica, desarrollada a partir de los artículos de Dirac, Jordan, Heisenberg y Pauli, y por otro lado la mecánica cuántica de de Broglie, Heisenberg y Schrödinger.


Paul Dirac dio el primer paso con su ecuación de ondas que aportó una síntesis de las teorías ondulatoria y corpuscular, ya que siendo una ecuación de ondas electromagnéticas su solución requería ondas cuantizadas, es decir, partículas. Su ecuación consistía en reescribir las ecuaciones de Maxwell de tal forma que se pareciesen a las ecuaciones hamiltonianas de la mecánica clásica. A continuación, utilizando el mismo formalismo que, a través de la introducción del cuanto de acción hν, transforma las ecuaciones de mecánica clásica en ecuaciones de mecánica ondulatoria, Dirac obtuvo una nueva ecuación del campo electromagnético. Las soluciones a esta ecuación requerían ondas cuantizadas, sujetas al principio de incertidumbre de Heisenberg, cuya superposición representaban el campo electromagnético. Gracias a esta ecuación podemos conocer una descripción de la probabilidad de que ocurra una interacción u observación dada, en una región determinada.

Existen aún muchas dificultades teóricas sin resolverse, sin embargo, la incorporación de nuevas teorías procedentes de la experimentación con partículas elementales, así como de teorías sobre el comportamiento de los núcleos atómicos, nos han permitido obtener una formulación adicional de gran ayuda.

[editar] Efectos relativísticos

Sin embargo, existían aún algunas situaciones en las que la luz no se comportaba según lo esperado por las teorías anteriores.

[editar] Luz en movimiento

La primera de estas situaciones inexplicables se producía cuando la luz se emitía, se transmitía o se recibía por cuerpos o medios en movimiento. Era de esperar, según la física clásica, que la velocidad en estos casos fuese el resultado de sumar a la velocidad de la luz, la velocidad del cuerpo o del medio. Sin embargo, se encontraron varios casos en los que no era así:

En 1818, Augustin Fresnel propuso un experimento para medir la velocidad a la que la luz atravesaba un líquido en movimiento. Para ello, se haría atravesar a la luz una columna de un líquido que fluyese a una velocidad v relativa al observador. Conociendo la velocidad v' a la que se trasmite la luz a través de ese medio (a través del índice de refracción), se calculó que la velocidad total de la luz en ese fluido sería:

displaystyle v_t = v' + v

Sin embargo, cuando en 1851, el físico francés Hippolyte Fizeau llevó a cabo el experimento, comprobó que la velocidad a la que la luz atravesaba el líquido en movimiento no era la calculada sino:

v_t = v' + v (1 - frac{1}{n^2})

es decir, que la velocidad del fluido contaba menos en la velocidad final si la velocidad con la que atravesaba la luz ese fluido era mayor.

En 1725, James Bradley descubrió que la posición observada de las estrellas en el firmamento variaba anualmente con respecto a la posición real en un intervalo de 41 segundos de arco. La teoría que propuso para explicarlo fue que esta variación se debía a la combinación de la velocidad de la tierra al rotar alrededor del sol con la velocidad finita de la luz. Gracias a esta teoría fue capaz de calcular la velocidad de la luz de una forma aceptable. Basándose en este efecto, el astrónomo inglés George Airy comparó el ángulo de aberración en un telescopio antes y después de llenarlo de agua, y descubrió que, en contra de sus expectativas, no había diferencia en sus mediciones (la luz no variaba de velocidad a pesar de que el fluido se movía a la velocidad de la tierra).

Teniendo en cuenta este experimento, dos astrónomos, el alemán Albert Michelson y el estadounidense Edward Morley propusieron un experimento (véase Experimento de Michelson y Morley) para medir la velocidad a la que fluía el éter con respecto a la tierra. Suponían que el éter se movía en una dirección concreta con una velocidad determinada, por eso, debido a la translación de la Tierra alrededor del Sol habría épocas del año en el que tendríamos una componente de esa velocidad a favor y otras épocas en contra, por lo que supusieron que cuando lo tuviésemos a favor, la velocidad de la luz sería superior y cuando lo tuviésemos en contra sería inferior. Para ello midieron la velocidad de la luz en diferentes estaciones del año y observaron que no había ninguna diferencia. Y lo más curioso: que ni siquiera había diferencias debidas a la propia velocidad de translación de la Tierra (30 km/s).

En 1905, Albert Einstein dio una explicación satisfactoria con su teoría de la relatividad especial, en la que, en su segundo postulado propone que la velocidad de la luz es isótropa, es decir, independiente del movimiento relativo del observador o de la fuente.

[editar] Distorsiones espectrales

Artículo principal: Corrimiento al rojo
Desplazamiento nebular

Al comparar el espectro de la luz procedente de algunos cuerpos celestes, con los espectros medidos en el laboratorio de los mismos elementos que los que contienen esos cuerpos, se observa que no son iguales, ya que las líneas espectrales procedentes del espacio están desplazadas hacia posiciones de mayor longitud de onda, es decir, hacia el lado rojo del espectro en lugares de menor energía.

Se han encontrado dos tipos diferentes de desplazamientos de líneas espectrales:

Uno, el más común, llamado desplazamiento nebular es un desplazamiento sistemático de los espectros procedentes de las estrellas y galaxias. Edwin Hubble tras estudiar el corrimiento de los espectros de las nebulosas, lo interpretó como el resultado del efecto Doppler debido a la expansión continua del universo. Gracias a esto propuso una fórmula capaz de calcular la distancia que nos separa de un cuerpo determinado analizando el corrimiento de su espectro:

frac{Delta lambda}{lambda}=1,7 cdot 10^{-9} d

donde Δλ es la diferencia entre las longitudes de onda del espectro del cuerpo y la esperada, λ es la longitud de onda esperada y d, la distancia en pársecs.

El otro, mucho más extraño se llama desplazamiento gravitacional o efecto Einstein, observado en espectros de cuerpos extremadamente densos. El ejemplo más famoso es el espectro del llamado compañero oscuro de Sirio. La existencia de este compañero fue predicha por Friedrich Bessel en 1844 basándose en una perturbación que observó en el movimiento de Sirio, pero debido a su débil luminosidad, no fue descubierto hasta 1861. Este compañero es una enana blanca que tiene una masa comparable a la del sol pero en un radio aproximadamente cien veces menor, por lo que su densidad es inmensa (61.000 veces la del agua). Al estudiarse su espectro, se observa un desplazamiento de 0,3 Å de la línea β de la serie Balmer del hidrógeno.

[editar] Teoría de la relatividad general

Artículo principal: Relatividad general

Para que su anterior teoría de la relatividad especial abarcase también los fenómenos gravitatorios, Albert Einstein, entre 1907 y 1915 desarrolló la teoría de la relatividad general. Una de las principales conclusiones de esta teoría es que la propagación de la luz está influenciada por la gravedad, representada en la teoría por el potencial gravitatorio Φ, descrito por

Phi = frac{-GM}{R}

donde G es la Constante de gravitación universal, M la masa y R el radio del cuerpo

Einstein encontró que la luz, al pasar por un campo gravitatorio de potencial Φ sufría una disminución de su velocidad, según la fórmula:

c = c_0 (1 + frac{Phi}{c_0^2})

donde c0 es la velocidad de la luz sin campo gravitatorio y c es la velocidad con él.

También se ve modificada la frecuencia de la luz emitida por una fuente en un campo gravitatorio

nu = nu_0 (1 + frac{Phi}{c_0^2})

lo que explica el desplazamiento gravitacional. Otro ejemplo que confirma experimentalmente este punto de la teoría son las líneas espectrales del sol, que están desplazadas hacia el rojo dos millonésimas veces cuando sea comparan con las generadas por los mismos elementos en la Tierra.

Por último, en esta relación entre luz y gravedad, esta teoría predijo que los rayos de luz al pasar cerca de un cuerpo pesado se desviaba un ángulo α determinado por el efecto de su campo gravitatorio, según la relación:

alpha = frac{4GM}{c^2 R}

Este punto de la teoría fue confirmado experimentalmente estudiando el desvío de la luz que provocaba el sol, para ello los científicos estudiaron la posición de las estrellas del área alrededor del sol aprovechando un eclipse en 1931. Se vio que, como predecía la teoría, estaban desviadas hasta 2,2 segundos de arco comparadas con fotos de la misma área 6 meses antes.

[editar] Radiación y materia

Al formular su ecuación de ondas para un electrón libre, Paul Dirac predijo que era posible crear un par de electrones (uno cargado positivamente y otro negativamente) a partir de un campo electromagnético que vibrase extremadamente rápido. Esta teoría fue rápidamente confirmada por los experimentos de Irene Curie y Frédéric Joliot y por los de James Chadwick, Stuart Blackett y Giuseppe Occhialini al comparar el número de electrones con carga negativa y el número de electrones con carga positiva (estos últimos llamados positrones) desprendidos por los rayos γ de alta frecuencia al atravesar delgadas láminas de plomo y descubrir que se obtenía la misma cantidad de unos que de los otros.

Pronto se encontraron otras formas de crear pares positrón-electrón y hoy en día se conocen una gran cantidad de métodos:

  • Haciendo chocar dos partículas pesadas
  • Haciendo pasar a un electrón a través del campo de un núcleo atómico
  • La colisión directa de dos electrones
  • La colisión directa de dos fotones en el vacío
  • La acción del campo de un núcleo atómico sobre un rayo γ emitido por el mismo núcleo.

También ocurre el proceso en sentido contrario: al colisionar un electrón y un positrón (ellos solos tienden a juntarse, ya que tienen cargas eléctricas opuestas), ambos se aniquilan convirtiendo toda su masa en energía radiante. Esta radiación se emite en forma de dos fotones de rayos γ dispersados en la misma dirección, pero diferente sentido.

Esta relación entre materia y radiación, y radiación y materia (y sobre todo la conservación de la energía en esta clase de procesos) está descrita en la famosa ecuación de Albert Einstein

displaystyle E = m c^2

enmarcada en la teoría de la relatividad especial y que originalmente formuló así:

Si un cuerpo de masa m desprende una cantidad de energía E en forma de radiación, su masa disminuye E / c2
Albert Einstein en Zur Elektrodynamik bewegter Körper,[2]

[editar] Teorías de campo unificado

Artículo principal: Teoría del campo unificado

Actualmente, se busca una teoría que sea capaz de explicar de forma unificada la relación de la luz, como campo electromagnético, con el resto de las interacciones fundamentales de la naturaleza. Las primeras teorías intentaron representar el electromagnetismo y la gravitación como aspectos de la geometría espacio-tiempo, y aunque existen algunas evidencias experimentales de una conexión entre el electromagnetismo y la gravitación, sólo se han aportado teorías especulativas.

[editar] Espectro electromagnético

Artículo principal: Espectro electromagnético

El espectro electromagnético está constituido por todos los posibles niveles de energía que la luz puede tomar. Hablar de energía es equivalente a hablar de longitud de onda; luego, el espectro electromagnético abarca, también, todas las longitudes de onda que la luz pueda tener, desde miles de kilómetros hasta femtómetros. Es por eso que la mayor parte de las representaciones esquemáticas del espectro suelen tener escala logarítmica.

Electromagnetic spectrum-es.svg

El espectro electromagnético se divide en regiones espectrales, clasificadas según los métodos necesarios para generar y detectar los diversos tipos de radiación. Es por eso que estas regiones no tienen una frontera definida y existen algunos solapamientos entre ellas.

[editar] Espectro visible

Artículo principal: Espectro visible

De todo el espectro, la porción que el ser humano es capaz de ver es muy pequeña en comparación con las otras regiones espectrales. Esta región, denominada espectro visible, comprende longitudes de onda desde los 380 nm hasta los 780 nm. La luz de cada una de estas longitudes de onda es percibida por el ojo humano como un color diferente, por eso, en la descomposición de la luz blanca en todas sus longitudes de onda, por prismas o por la lluvia en el arco iris, el ojo ve todos los colores.

[editar] Véase también

[editar] Enlaces externos

[editar] Referencias y bibliografía

  1. Handbook of chemistry and physics. 23ª edición. CRC press. Boca Ratón, EEUU.
  2. Einstein, A. 1905. Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik. (Berna) IV. Folge. 17: 891-921. Trabajo original en alemán

[editar] Bibliografía

  • Atkins, Peter; de Paula, Julio (2002). «Quantum theory: introduction and principles», Physical Chemistry. New York: Oxford University Press. 0-19-879285-9.
  • Skoog, Douglas A.; Holler, F. James; Nieman, Timothy A. (2001). «Introducción a los métodos espectrométricos», Principios de Análisis instrumental. 5ª Edición. Madrid: McGraw-Hill. 84-481-2775-7.
  • Tipler, Paul Allen (1994). Física. 3ª Edición. Barcelona: Reverté. 84-291-4366-1.
  • Burke, John Robert (1999). Física: la naturaleza de las cosas. México DF: International Thomson Editores. 968-7529-37-7.