HISTORIA DE LA FÍSICA
FISICA CLASICA
Hacia 1880
la física presentaba un panorama de calma: la mayoría de los fenómenos podían
explicarse mediante la mecánica de Newton, la teoría electromagnética de
Maxwell, la termodinámica y la mecánica estadística de Boltzmann. Parecía que
sólo quedaban por resolver unos pocos problemas, como la determinación de las
propiedades del éter y la explicación de los espectros de emisión y absorción
de sólidos y gases. Sin embargo, estos fenómenos contenían las semillas de una
revolución cuyo estallido se vio acelerado por una serie de asombrosos
descubrimientos realizados en la última década del siglo XIX: en 1895, Wilhelm
Conrad Roentgen descubrió los rayos X; ese mismo año, Joseph John Thomson
descubrió el electrón; en 1896, Antoine Henri Becquerel descubrió la
radiactividad; entre 1887 y 1899, Heinrich Hertz, Wilhelm Hallwachs y
PhilippLenard descubrieron diversos fenómenos relacionados con el efecto
fotoeléctrico. Los datos experimentales de la física, unidos a los inquietantes
resultados del experimento de Michelson-Morley y al descubrimiento de los rayos
catódicos, formados por chorros de electrones, desafiaban a todas las teorías
disponibles.
FISICA MODERNA
Dos
importantes avances producidos durante el primer tercio del siglo XX -la teoría
cuántica y la teoría de la relatividad- explicaron estos hallazgos, llevaron a
nuevos descubrimientos y cambiaron el modo de comprender la física.
Física en los
siglos XVI y XVII
En el siglo
XVI nacieron algunos personajes como Copérnico, Stevin, Cardano, Gilbert,
Brahe, pero hasta principios del siglo XVII Galileo impulsó el empleo
sistemático de la verificación experimental y la formulación matemática de las
leyes físicas. Galileo descubrió la ley de la caída de los cuerpos y del péndulo,
se le puede considerar como el creador de la mecánica, también hizo las bases
de la hidrodinámica, cuyo estudio fue continuado por su discípulo Torricelli
que fue el inventor del barómetro, el instrumento que más tarde utilizó Pascal
para determinar la presión atmosférica. Pascal precisó el concepto de presión
en el seno de un líquido y enunció el teorema de transmisión de las presiones.
Boyle formuló la ley de la compresión de los gases (ley de Boyle-Mariotte).
En óptica,
Renato (René) Descartes estableció la ley de la refracción de la luz, formuló
una teoría del arco iris y estudió los espejos esféricos y las lentes. Fermat
enunció el principio de la óptica geométrica que lleva su nombre, y Huygens, a
quién también se le deben importantes contribuciones a la mecánica, descubrió
la polarización de la luz, en oposición a Newton, para quién la luz es una
radiación corpuscular, propuso la teoría ondulatoria de la luz. Hooke estudió
las franjas coloreadas que se forman cuando la luz atraviesa una lámina delgada;
también, estableció la proporcionalidad.
A finales
del siglo XVII la física comienza a influir en el desarrollo tecnológico
permitiendo a su vez un avance más rápido de la propia física.
El
desarrollo instrumental (telescopios, microscopios y otros instrumentos) y
el desarrollo de experimentos cada vez más
sofisticados permitieron obtener grandes éxitos como la medida de la masa de la Tierra en el experimento de la balanza de torsión
Siglo XVIII: termodinámica y óptica
A partir del
Siglo XVIIIBoyle y Young desarrollaron la termodinámica. En 1733Bernoulli usó argumentos
estadísticos, junto con la mecánica clásica, para extraer
resultados de la termodinámica, iniciando la mecánica
estadística. En 1798Thompson demostró la conversión
del trabajo mecánico en calor y en 1847Joule formuló la ley de
conservación de la energía.
En el campo
de la óptica el siglo XVIII comenzó
con la teoría corpuscular de la luz de Newton expuesta en su famosa
obra Opticks
el siglo
XVIII fue bueno en avances técnicos en este campo produciéndose las primeras
lentes acromáticas, midiéndose por primera vez la velocidad
de la luz y descubriendo la naturaleza espectral de la luz en1801 Se demostró la
naturaleza ondulatoria de la luz
Siglo XIX: electromagnetismo y estructura atómica
La
investigación física de la primera mitad del siglo XIX estuvo dominada por el
estudio de los fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Coulomb, Luigi
Galvani, Faraday, Ohm y muchos otros físicos
famosos estudiaron los fenómenos dispares y contraintuitivos que se asocian a
este campo. En 1855Maxwell unificó las leyes
conocidas sobre el comportamiento de la electricidad y el magnetismo en una
sola teoría con un marco matemático común mostrando la naturaleza unida del electromagnetismo. Los trabajos de
Maxwell
se resumen
con las conocidas, ecuaciones
de Maxwell, un conjunto de cuatro ecuaciones capaz de predecir y explicar
todos los fenómenos electromagnéticos clásicos.
Maxwell
proporcionaría la posibilidad del desarrollo de la radio unas décadas más tarde
por Heinrich
Hertz en 1888.
En 1895Roentgen descubrió los rayos X, ondas
electromagnéticas de frecuencias muy altas. Casi
simultáneamente, Henri Becquerel descubría la radioactividad en 1896. Este campo se
desarrolló rápidamente con los trabajos posteriores de Pierre Curie, Marie Curie y muchos otros, dando
comienzo a la física nuclear
En 1897Thomson descubrió el electrón, la partícula elemental
que transporta la corriente en los circuitos eléctricos proponiendo en 1904 un primer modelo
simplificado del átomo.
Siglo XX: segunda revolución de la física
El siglo XX
estuvo marcado por el desarrollo de la física como ciencia capaz de promover el
desarrollo tecnológico.
Sin embargo
pronto se produjeron dos revoluciones conceptuales de gran calado: El
desarrollo de la teoría
de la relatividad y el comienzo de la mecánica
cuántica.
En 1905Albert Einstein, formuló la teoría de
la relatividad
especial, en la cual el espacio y el tiempo se unifican en una sola
entidad, el espacio-tiempo
En 1915 extendió la teoría
especial de la relatividad para explicar la gravedad, formulando la teoría
general de la relatividadEn 1911Rutherford dedujo la existencia de
un núcleo atómico cargado positivamente a partir de experiencias de dispersión
de partículas. A los componentes de carga positiva de este núcleo se les llamó protones. Los neutrones, que también forman
parte del núcleo pero no poseen carga eléctrica, los descubrió Chadwick en 1932En 1925Heisenberg y en 1926Schrödinger y Dirac formularon la mecánica
cuántica, en la cual explican las teorías cuánticas precedentes
La teoría
cuántica de campos se formuló para extender la mecánica cuántica de manera
consistente con la teoría especial de la relatividad. Alcanzó su forma moderna
a finales de los 1940s gracias al trabajo de Feynman, Schwinger, Tomonaga y Dyson. Ellos formularon la
teoría de la electrodinámica
cuántica
Física del siglo XXI
El estudio
de los sistemas complejos dominados por sistemas
de ecuaciones no lineales, tal y como la meteorología o las propiedades
cuánticas de los materiales que han posibilitado el desarrollo de nuevos
materiales con propiedades sorprendentes. A nivel teórico la astrofísica ofrece una visión del
mundo con numerosas preguntas abiertas en todos sus frentes, desde la cosmología hasta la formación
planetaria. La física se entiende como la ciencia de la naturaleza o fenómenos materiales.
Estudia las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y sus interacciones (fuerza). Los sistemas físicos
se caracterizan por:
Tener una
ubicación en el espacio-tiempo.
Tener un
estado físico definido sujeto a evolución temporal.
La física
estudia por lo tanto un amplio rango de campos y fenómenos naturales, desde las
partículas subatómicas hasta la formación y evolución del Universo así como multitud
de fenómenos naturales cotidianos, caracterizados por cierta geometría o
topología y cierta evolución temporal y cuantificados mediante magnitudes
físicas como la energía
Los principales campos de la física son:
Acústica. Estudia las propiedades del sonido.
Física atómica. Estudia la estructura y las propiedades del átomo.
Criogenia. Estudia el comportamiento de la materia a temperaturas
extremadamente bajas.
Electromagnetismo. Estudia los campos eléctrico y magnético,
y las cargas eléctricas que los generan.
Física de partículas. Se dedica a la investigación de las
partículas elementales.
Dinámica de fluidos. Examina el comportamiento de los líquidos
y gases en movimiento.
Geofísica. Aplicación de la física al estudio de la Tierra. Incluye
los campos de la hidrología, la meteorología, la oceanografía, la sismología y
la vulcanología.
Física matemática. Estudia las matemáticas en relación con
los fenómenos naturales.
Mecánica. Estudia el movimiento de los objetos materiales
sometidos a la acción de fuerzas.
Física molecular. Estudia las propiedades y estructura de
las moléculas.
Física nuclear. Analiza las propiedades y estructura del núcleo atómico,
las reacciones nucleares y su aplicación.
Óptica. Estudia la propagación y el comportamiento de la luz.
Física del plasma. Estudia el comportamiento de los gases
altamente ionizados (con carga eléctrica).
Física cuántica. Estudia el comportamiento de sistemas extremadamente pequeños
y la cuantización de la energía.
Física de la materia condensada. Estudia las propiedades
físicas de los sólidos y los líquidos.
Mecánica estadística. Aplica principios estadísticos para
predecir y describir el comportamiento de sistemas compuestos de múltiples
partículas.
Termodinámica. Estudia el calor y la conversión de la energía de una
forma a otra.
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