Me motivó Eleкtro a publicar un tema sobre ciencia y a ello voy. Antes de nada aclarar que este mensaje es absolutamente propio, elaborado con los conocimientos adquiridos en mi formación como Físico. Por lo tanto tiene explicaciones propias, que pueden resultar más o menos interesante, no es un copy&paste al uso.
La física es siendo una forma rápida de definirla, el estudio de la naturaleza. Viene del Griego que significa naturaleza. Podríamos decir que estudia la naturaleza inerte, la materia, la energía, el espacio y tiempo. Hay un largo camino entre los primeros Griegos que hicieron las primeras teorías científicas. Si, aunque ahora nos parezca un chiste pensar que los Griegos hacían ciencia la hacían. Eran conceptos equivocados, estaban erróneamente descritos, pero se dedicaban a observar un fenómeno e intentar dar una explicación lógica del fenómeno. Si bien es cierto no existía detrás una base matemática como actualmente se utiliza en ciencia.
Después de los progresos Griegos y algunos puntuales Romanos la ciencia se paró hasta el renacimiento. Las teorías Griegas fueron un dogma científico durante toda la edad media. El Islam si bien es cierto hizo algunos progresos científicos pero bastantes tímidos.
A partir del renacimiento empieza la ciencia, toda la física clásica empieza en el renacimiento, grandes hombres como Kepler, Copernico,Galileo Galilei, Newton, etc..
La física clásica: La mecánica clásica nos ofrece la descripción física del mundo a nuestra visión cotidiana. Es decir, “ a tamaño normal”. Rondaría de longitudes de micras hasta longitudes de millones de kilómetros. Y velocidades bajas, velocidades mucho más pequeñas que la velocidad de la luz.
En la mecánica clásica el tiempo es absoluto, el espacio es absoluto, es una física determinista, lo que quiere decir que conocemos con total precisión la posición, velocidad y cantidades físicas de los objetos midiendo.
Esta física es útil para entender el movimiento de un coche, de planetas pocos masivos, problemas de hidrodinámica, etc…
Junto con la mecánica clásica se descubrieron otras disciplinas físicas, como la óptica.
Hasta el siglo XVIII la única fuerza conocida era la fuerza gravitatoria. Aun no se había descrito, ni se conocía como fuerza la electricidad.
Nos movemos en un tiempo absoluto, espacio absoluto y todas las variables físicas determinada. Podemos conocer midiendo con exactitud los valores que queramos y predecir con ecuaciones que sucederá a los objetos con total precisión.
La física clásica continua, más adelante se desarrolla la termodinámica, la óptica y el electromagnetismo. De estas disciplinas la que más nos interesa es el electromagnetismo para continuar nuestro viaje histórico por la física.
El electromagnetísmo. Primero se descubrió las cargas electricas, la electrostática. Cargas inmóviles en el tiempo, luego se descubrió que las cargas en movimiento inducian un campo magnético y viceversa un campo magnético induce uno eléctrico. Ese es el mecanismo fundamental de las ondas electromagnéticas y la forma de producirlas. Todo el electromagnético que podemos llamar clásico queda descrito por las ecuaciones de Maxwell. Sigue siendo clásico porque en el electromagnetismo clásico podemos conocer con total exactitud los campos electrico y magnético. Y aunque estas ondas se propagan por el espacio a la velocidad de la luz, tienen una descripción clásica. Ahora tenemos dos fuerzas fundamentales la gravitatoria y la eléctrica.
Con las disciplinas de la física totalmente descubiertas para los avances de la época hubo quien defendía que la física era una disciplina acabada, pero dos habían surgido dos hechos experimentales que no cuadraban.
Uno era la catástrofe ultravioleta, que dio origen a la física cuántica.
La precesión del perihelio de Mercurio, que dio origen a la teoría de la relatividad
La física clásica funciona muy bien para los hechos más cotidianos, pero falla estrepitosamente al irnos hacia lo más pequeño o hacia lo más rápido. Es más propiedades de la materia son inexplicables desde una percepción clásica. El magnetismo de la materia es imposible de entender sin la física cuántica.
Empezaremos hablando de la física cuántica, la física cuántica toma el nombre de que todo esta cuántizado. Esto significa que si nos ponemos a dividir la energía poco a poco en porciones más pequeñas, llegará un momento en que esa energía solo se da en valores discretos. Esto es, puedes tener una, dos, tres unidades de energía, pero es imposible tener 2,5 unidades de energía. Cuando tenemos cientos de miles de unidades de energía, vemos la energía como un número continuo pero esto no es así. Está cuántizada en valores discretos. Cada fotón, es un cuanto de energía, hablar de fotones y energía es similar, pues un fotón es pura energía. Esto es el postulado de Max Plank.
También se descubrió, que dependiendo el experimento un objeto físico puede mostrar dos propiedades diferentes, un fotón puede comportarse como onda o como partícula. En el experimento de la doble rendija de Young, si se envían fotones puntuales no se sabe por cual de las dos rendijas pasa el fotón, pero se ve que golpea, sin embargo cuando tenemos muchos fotones tenemos propiedades ondulatorias en la partícula. La luz puede comportarse como partícula o como corpúsculo, dualidad onda partícula.
Más adelante se descubrió que además al realizar una medida física en el mundo cuántico se alteraba las medidas de otras medidas físicas. Y que ya no podemos predecir en el tiempo que sucede con una partícula física, solo podemos hablar ahora de probabilidad. No podemos saber si la partícula está ahí o no hasta que no midamos. Y si medimos la posición ya no podemos saber la velocidad que llevaba. El principio de incertidumbre de Heisemberg
Esto da lugar a que ahora las partículas no se definen como un objeto puntual, si no como una función de onda. O como llamamos los físicos función densidad de probabilidad. Además resultan interesantes de estudio los sistemas estacionarios o periódicos, es decir esos que no dependen del tiempo pues nos permite conocer valores físicos precisos sin la necesidad de tener que determinar el tiempo, eso nos permite determinar con total exactitud la energía del sistema.
Los sistemas cuánticos están regidos por la ecuación de Schrodinger, solo podemos saber los valores físicos con una cierta probabilidad hasta que medimos. Todo esto sería mirando hacia lo muy pequeño y a velocidades pequeñas. Se conoce como Mecánica Cuántica no Relativista. Todos los postulados de esta mecánica cuántica fueron establecidos en la interpretación de Copenhague por Niels Bohr Max Born y Werner Heisemberg entre otros. Para dar una visión coherente de la mecánica cuántica. La teoría cuántica fue elaboración de muchas personas, trabajando conjuntamente. Y se dedica a describir sistemas como átomos, núcleos, moléculas, sólidos, etc..
También permitió la conjetura de la existencia de una tercera fuerza. Al descubrirse que los átomos estaban formados de protones y neutrones. No se entendía porqué no se repelían, siendo todos los protones partículas positivas, eso es así por la fuerza nuclear fuerte que no depende de la carga eléctrica. Tenemos ahora tres fuerzas distintas. La fuerza fuerte solo la manifiestan unas partículas llamadas Hadrones.
Mientras que la física cuántica fue creada por muchos científicos la teoría de la relatividad, que abre paso a la física relativista fue creada por una sola persona Albert Einstein. En la teoría de la relatividad tenemos que distinguir dos teorías, la teoría de la relatividad especial o restringida y la teoría de la relatividad general.
La teoría de la relatividad especial está restringida a sistemas inerciales, esto es a sistemas que se mueven con velocidad constante y cuya aceleración es nula. Ya deja de ser el espacio y tiempo absoluto, nos movemos en un espacio y tiempo relativo pero podemos determinar con total exactitud los valores de las diferentes variables físicas. También deja de manifiesto que el único valor fijo en el universo es la velocidad de la luz, constente e insuperable por ningún cuerpo y además la masa, pasa a ser una forma más de energía, cualquier partícula con masa es pura energía.
Por otro lado tenemos la teoría de la relatividad general, en esta teoría los sistemas de referencia se encuentran acelerados. Esta teoría defiende que la gravedad no existe y lo que sucede es que las masas curvan el espacio tiempo, generando una aceleración hacia el objeto más masivo. De esta teoría tenemos la ecuación de Einstein que nos da los diferentes modelos de universos. Podríamos restringir esta parte de la teoría a los objetos más masivos y distancias enormes. Es decir a la astrofísica, experimentalmente en Astrofísica se comprueba la validad de la teoría diariamente.
Y, ¿Pensabais que estas dos disciplinas de la física no tenían relación?, ¡Claro que si!, tenemos la mecánica cuántica de campos, o mejor dicho, la teoría cuántica relativista. Esta teoría es la utilizada en aceleradores de partículas, como en el CERN para chocando partículas descubrir sus propiedades más fundamentales. Nos permitió conocer que había una cuarta fuerza, la fuerza nuclear débil, responsable de desintegraciones de núcleos.
A partir de esta teoría se confecciono el modelo Estándar, modelo completo de física de partículas, el cual predice con una antelación de muchos años está siendo verificado experimentalmente y aun no ha fallado.
También se ha descubierto que cada fuerza fundamental tiene su cuanto, es decir, la unidad mínima que transmite esa interacción por el espacio.
Las fuerzas son cuatro, las cuales pondré en orden de mayor a menor.
Nuclear fuerte, Electromagnetismo, Nuclear Débil, Gravitatoria.
Los cuantos serían, de la fuerte el gluón, de la electromagnética el fotón, de la nuclear Débil los bosones mediadores W y Z y finalmente de la gravitatoria el gravitón partícula teorizada pero no descubierta.
También se vio que los protones y los neutrones no son partículas puntuales y están formadas por Quarks.
Bueno, esto sería un enfoque global básico y muy de andar por casa de toda la física, se puede ampliar mucho más, meter más detalles incluso hacerlo un trabajo, pero creo que no es el fin del foro. Si tenéis alguna duda por favor preguntad, no se cuanto tardaré en responderos. Gracias por vuestro tiempo leyendo el artículo
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