Los orígenes de la física clásica

La física es una ciencia, es decir un conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento y de los cuales se deducen teorías y leyes. Esta ciencia se divide la Física clásica, la Física moderna.

La Física Clásica se encarga del estudio de aquellos fenómenos que tienen una velocidad relativamente pequeña comparada con la velocidad de la luz y cuyas escalas espaciales son muy superiores al tamaño de átomos y moléculas.

La Física Moderna se encarga de los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores y fue desarrollada en los inicios del siglo 20.

La física cuenta con cuatro pilares básicos: la mecánica clásica, cuyo propósito es estudiar las leyes que gobiernan el movimiento de los cuerpos; la electrodinámica clásica, dedicada al estudio de los fenómenos que involucran cargas electromagnéticas; la física cuántica, utilizada para describir el mundo macroscópico bajo la hipótesis de que están formados por cuerpos microscópicos cuyas leyes conocemos; y la termodinámica y física estadística, utilizada para estudiar a los sistemas formados por muchas partículas, como por ejemplo los fluidos (gases y líquidos).

Las ideas básicas de la Física son pocas: inercia; carga eléctrica; átomo; cuanto; movimiento; fuerza; energía; y entropía.

No es difícil reconocer que vivimos en un mundo científico y tecnológico; la física es una parte fundamental de nuestro mundo que influye en nuestra sociedad a cualquier escala, pues abarca desde lo infinitamente grande, la astrofísica, a lo infinitamente pequeño, la física de las partículas elementales. Por ello no debe extrañar la presencia de la física en todo lo que ha representado progreso científico y técnico.

Física Clásica

Los orígenes de la física clásica se remontan a la antigüedad. Ya en la antigua Babilonia, en el antiguo Egipto y en la Grecia antigua se desarrollaron ciertos aspectos en el campo de la astronomía, la óptica y la mecánica. Otras civilizaciones de la antigüedad (India, China, Persia, etc) se interesaron también por estas disciplinas.

Sin embargo, es en la época del renacimiento, que la física clásica tiene un desarrollo considerable especialmente en el área de la astronomía con el abandono de la teoría geocéntrica y con el advenimiento de la teoría heliocéntrica (el movimiento de los planetas alrededor del Sol) con las obras de Copérnico, Galileo (el desarrollo del telescopio) y Kepler.

La física clásica como la conocemos hoy en día se debe a Sir Isaac Newton (1643-1727), que formuló las tres leyes fundamentales de la física clásica: “Las leyes de Newton”. Newton es considerado el “padre” de la física clásica, también conocida como la física newtoniana.

Física moderna

Comienza a principios del siglo XX, cuando el alemán Max Planck investiga sobre el “cuanto” de energía. Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que éstas no eran continuas como decía la física clásica. Por ello nace esta nueva rama de la física, que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. Se conoce, generalmente, por estudiar los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella, o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores.

Los temas anteriormente tratados de la física clásica no servían para resolver los problemas presentados, ya que estos se basan en certezas y la física moderna en probabilidades, lo que provocó dificultades para adaptarse a las nuevas ideas.

Mecánica cuántica

Estudia el comportamiento de la materia cuando las dimensiones de ésta son tan pequeñas que empiezan a notarse extraños efectos como la imposibilidad de conocer con exactitud la posición de una partícula o simultáneamente su posición y velocidad, sin afectar a la propia partícula.

Los principios básicos de la física cuántica son fundamentalmente dos. El primero es que las partículas intercambian energía en múltiplos enteros de una cantidad mínima posible, es el llamado quantum de energía. El segundo es que la posición teórica de las partículas está dado por una función probabilística, es decir que no es una certeza sino más bien una posibilidad.

La mecánica cuántica surgió en la primera mitad del siglo XX en respuesta a algunos problemas que no podían ser resueltos por los principios de la física clásica, que comenzaba a perder credibilidad. No es casual que la mecánica cuántica se haya desarrollado de forma más o menos contemporánea (pero paralela) a la teoría de la relatividad, que también enfrenta algunos de los principios fundamentales de la física clásica.

Hasta el siglo XX se creía que la energía era emitida, propagada y absorbida de forma continua e infinita y fue Max Planck quien por primera vez planteó que la energía radiada de un cuerpo negro no era continua sino discreta. Es decir que la energía se propaga y absorbe en cantidades mínimas.

Teoría de la relatividad

Desarrollada fundamentalmente por Albert Einstein, pretendía originariamente explicar ciertas anomalías en el concepto de movimiento relativo, pero en su evolución se ha convertido en una de las teorías más importantes en las ciencias físicas y ha sido la base para que los físicos demostraran la unidad esencial de la materia y la energía, el espacio y el tiempo, y la equivalencia entre las fuerzas de la gravitación y los efectos de la aceleración de un sistema.

La teoría de la relatividad, tal como la expuso Einstein, tuvo dos formulaciones diferentes: Teoría de la relatividad especial y se ocupa de sistemas que se mueven uno respecto del otro con velocidad constante. La segunda, llamada Teoría de la relatividad, se ocupa de sistemas que se mueven a velocidad variable.

Teoría de la relatividad especial

Los postulados de la relatividad especial son dos. El primero afirma que todo movimiento es relativo a cualquier otra cosa, y por lo tanto el éter, que se había considerado durante todo el siglo XIX como medio propagador de la luz y como la única cosa absolutamente firme del universo, con movimiento absoluto y no determinable, quedaba fuera de lugar en la física, puesto que ya no se necesitaba de semejante medio.

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