Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Cosmología


La cosmología es una rama de la astronomía que implica el estudio del origen y el destino final del universo. Incluye las mayores escalas de espacio-tiempo y todo lo que ocurre dentro de él. El campo es una parte fundamental de la astrofísica y la física, donde los científicos desarrollan teorías y modelos para comprender la composición, estructura y origen del universo.

La teoría del Big Bang

Uno de los conceptos fundamentales de la cosmología es la teoría del Big Bang. Esta teoría sostiene que el universo comenzó con un estado extremadamente caliente y denso y ha estado expandiéndose desde entonces. El Big Bang no es una explosión en el sentido clásico, sino una expansión del espacio.

La evidencia del Big Bang incluye el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas cósmico, la abundancia de elementos ligeros, y la ley de Hubble del universo en expansión. Las observaciones de Hubble mostraron que las galaxias se están alejando de nosotros, lo que indica que el universo se está expandiendo.

        Ley de Hubble: v = H₀ × d

Donde v es la velocidad de la galaxia saliente, H₀ es la constante de Hubble, y d es la distancia a la galaxia.

Radiación de fondo de microondas cósmico

La radiación de fondo de microondas cósmico (CMB) es una pieza clave de evidencia para la teoría del Big Bang. Es un resplandor tenue que queda de las primeras etapas calientes del universo. El CMB es aproximadamente uniforme en todas las direcciones, lo que indica isotropía del universo en grandes escalas.

Esta radiación se observa como un campo de radiación uniforme en el espectro de microondas que abarca todo el universo.

Radiación CMB

Teoría de la inflación

Para resolver varios problemas del modelo original del Big Bang, en los años 1980, los científicos introdujeron el concepto de inflación cósmica. Esta teoría establece que el universo se expandió exponencialmente justo después del Big Bang. Esta rápida expansión explica la uniformidad del CMB y la distribución de galaxias a través de vastas regiones del espacio.

La época inflacionaria duró solo una fracción de segundo, pero durante este tiempo, el tamaño del universo aumentó enormemente, alisando las irregularidades iniciales.

El destino y el tamaño del universo

La cosmología también investiga las varias formas posibles del universo y su destino final. La geometría del universo está determinada por la cantidad de materia y energía presentes. Hay tres propuestas principales para la forma del universo:

  • Universo cerrado: Si hay suficiente materia en el universo, su gravedad eventualmente se detendrá y la expansión se revertirá, causando un gran colapso.
  • Universo plano: Si la cantidad de densidad en el universo es justa, la expansión se desacelerará gradualmente, pero nunca se detendrá por completo.
  • Universo abierto: Si la densidad del universo es menor que la densidad crítica, continuará expandiéndose para siempre, y la tasa de expansión disminuirá pero nunca llegará a cero.
Universo abierto Universo cerrado Universo plano

Materia oscura y energía oscura

Un componente importante y misterioso en la cosmología es la materia oscura y la energía oscura. Las observaciones muestran que estos elementos constituyen alrededor del 95% del contenido total de energía del universo, con la materia oscura representando alrededor del 27% y la energía oscura representando alrededor del 68%.

Materia oscura

La materia oscura no emite, absorbe ni refleja luz, lo que la hace invisible y solo detectable a través de sus efectos gravitacionales. Juega un papel clave en la formación de grandes estructuras en el universo, como galaxias y cúmulos de galaxias. La presencia de materia oscura se sugirió inicialmente para explicar la velocidad de las estrellas que giran en las galaxias, que era más rápida de lo que podría explicarse solo por la materia visible.

Energía oscura

Se cree que la energía oscura es responsable de la aceleración de la expansión del universo. A diferencia de la materia oscura, que tiende a agruparse, la energía oscura parece ser un campo uniforme que impregna todo el espacio, afectando el universo en las mayores escalas.

Principio antrópico

El principio antrópico investiga por qué el universo tiene las condiciones necesarias para la existencia de formas de vida inteligente capaces de observarlo. El principio explica que las leyes y constantes del universo parecen estar ajustadas y lo suficientemente precisas como para permitir el desarrollo de la vida.

Esta teoría puede dar lugar a ideas filosóficas, ya que sostiene que la estructura del universo no es coincidente o aleatoria desde un punto de vista puramente existencial.

Teoría del multiverso

Algunos cosmólogos exploran la posibilidad del multiverso, que sugiere que nuestro universo es solo uno de un número potencialmente infinito de universos con diferentes propiedades. Estos diferentes universos pueden tener otras constantes físicas, dimensiones y reglas.

Este concepto podría ayudar a explicar por qué nuestro universo permite la vida, ya que es posible que simplemente estemos en una de las regiones donde la vida es posible. Sin embargo, esta idea es altamente especulativa y difícil de probar o medir científicamente.

Conclusión

La cosmología es un viaje continuo para entender el universo. A medida que nuestras capacidades de observación y marcos teóricos evolucionan, nuestra comprensión del universo, sus orígenes, estructura y destino final continúa creciendo y cambiando. El campo está relacionado con preguntas fundamentales sobre la realidad, la naturaleza de la existencia y nuestro lugar en el universo.

Teorías como el Big Bang, la inflación cósmica, y la existencia de materia oscura y energía oscura reformulan nuestra visión del universo cada día. En última instancia, la cosmología busca desentrañar las complejidades del universo y nuestras numerosas conexiones con él.


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