Las diversas teorías de la física

INTRODUCCIÓN:

A lo largo de mis casi veinte años he de declarar que la física es para mí, la ciencia más relevante cuando solemos formularnos preguntas sobre fenómenos cotidianos debido a su extensa dimensión. Y durante el correr evolutivo de la física no sólo ha expandido sus horizontes, sino que busca ordenarlos y relacionarlos absolutamente todos; es decir, unificar los conocimientos. Han existido entonces la teoría clásica, la teoría de la relatividad y la teoría cuántica.

En éste documento expondré los aportes generales de dichas teorías, así como su breve descripción con respecto a mí entender. Buscando que el lector se familiarice con las distintas teorías que conforman a la física de hoy día. Diversidad que nos intriga y permite en nosotros una mejor comprensión de nuestro universo…

DESARROLLO:

LA FISICA….EN TEORÍA

A lo largo de mi aprendizaje en la materia de física me he dado cuenta de que la física es, la materia con la que más nos interrelacionamos a lo largo de nuestra existencia; sin embargo, es también una de las ciencias más complicadas de entender debido a que siempre está en evolución. Donde desde el inicio de la humanidad se intentó explicar los fenómenos naturales a base de observaciones filosóficas que, más adelante en la historia fueron transformándose en lo que hoy conocemos como las cuatro teorías de la física.

TEORÍA 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 se interesaron también por estas disciplinas.

Sin embargo, es de la civilización greco-romana que surgen los trabajos primordiales de Arquímedes, Ptolomeo y Tales. De Arquímedes podemos destacar su trabajo en la mecánica de las palancas, la astronomía, y en el campo de la hidrostática.

Ptolomeo se dedicó a la astronomía en los fundamentos del modelo geocéntrico

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 con las obras de Copérnico, Galileo (el desarrollo del telescopio) y Kepler.

En este punto, también debemos reconocer el trabajo de Leonardo Da Vinci en el campo de la mecánica, especialmente en el movimiento del cuerpo (anatomía) y su proyecto de máquina voladora que algunos siglos más tarde dio lugar a la aparición del helicóptero. Sin embargo, la física clásica como la conocemos hoy en día se debe a Sir Isaac Newton, 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.

En los siglos posteriores, las teorías de la física clásica se han desarrollado hasta llegar a su apogeo en el siglo XIX. En este momento, la sociedad creyó que todos los principios científicos de la física habían sido descubiertos y que poco que quedaba por descubrir, a no ser, explicar algunos problemas de importancia menor y mejorar considerablemente los métodos experimentales.

LA FÍSICA CLÁSICA O FÍSICA NEWTONIANA SE DIVIDE EN LAS SIGUIENTES GRANDES DISCIPLINAS:

Cinemática: es la rama de la física que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin considerar más causas que lo originan y se limita, esencialmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo. La rapidez y la aceleración son las dos principales cantidades que describen cómo cambia la posición en función del tiempo.

Mecánica Clásica: La mecánica clásica es la ciencia que estudia las leyes del comportamiento de cuerpos físicos macroscópicos en reposo y a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz.

Existen varias formulaciones diferentes, en mecánica clásica, para describir un mismo fenómeno natural que, independientemente de los aspectos formales y metodológicos que utilizan, llegan a la misma conclusión.

Hidrostática e Hidrodinámica: Estudian el equilibrio y movimiento de los fluidos frente a fuerzas externas.

Termodinámica: Al estudio del calor y su transformación en energía mecánica se le llama termodinámica. La palabra es derivada de palabras griegas que significan "movimiento del calor". La base de la termodinámica es la conservación de la energía ya que esta fluye espontáneamente desde lo más caliente a lo frío y no a la inversa.

Óptica: La Óptica se encarga de estudiar el comportamiento de la luz. Es, también, una de las ramas más antiguas: los fenómenos de reflexión y refracción se conocen desde la antigüedad, y genios como Newton dedicaron grandes esfuerzos a su estudio. La historia de la óptica cambió radicalmente con Maxwell, que relacionó la luz con las ondas electromagnéticas, dando lugar a la óptica física.

Electromagnetismo: El electromagnetismo estudia la interacción entre cargas eléctricas, a través del concepto de campo electromagnético. La importancia de la teoría electromagnética hoy en día es incuestionable, dada la gran cantidad de aplicaciones en nuestro mundo cotidiano.

A manera de resumen, la física clásica nos permite contestar a los fenómenos ocurridos a velocidades inferiores a la velocidad de la luz

VAYAMOS MÁS RÁPIDO...LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD

La teoría de la relatividad, desarrollada fundamentalmente por Albert Einstein, pretendía originalmente 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 desarrolló Einstein, tuvo dos formulaciones diferentes:

Teoría de la relatividad especial

En el año de 1905 el físico más famoso del siglo XX, Albert Einstein formuló una de las más grandes teorías que hasta hoy me asombran por los conceptos tan precisos, pero sobre todo tan “simples”; en ella Einstein desarrollo un concepto que sus antecesores científicos querían concretar, éste fue “la velocidad de a luz” sobre la cual comenzó a vislumbrarse un cúmulo de preguntas en torno a esta y sobre todo, los fenómenos ocurridos a estas velocidades, debido a que, por simple percepción nosotros como observadores podemos deducir los fenómenos ocurridos a velocidades comunes y es ahí donde ésta teoría comienza a inmiscuirse…¿Si nosotros viajáramos en un tren sin ventanas sentiríamos que nos estamos moviendo?, claro que no, solo la persona que espera en el andén y observa al tren desde fuera lo notaría. “Todo observador, sin importar su posición o la velocidad a la que se mueva debería deducir las mismas leyes universales” (Albert Einstein).

A la velocidad de la luz no existe el paso del tiempo, la luz no envejece; fue otra de sus conclusiones. Toda esta teoría nos señala claramente que la velocidad ha de afectar al tiempo y a las distancias, ó lo que es lo mismo “al aumentar la velocidad el espacio se contrae”. Además nos marca al movimiento como principal eje, en base a la observación externa del fenómeno; es decir, todo se mueve respecto a todo.

Teoría de la relatividad general

En 1916, Einstein da a conocer al mundo su teoría de la relatividad general que, a grandes rasgos “la gravedad no es una fuerza, sino una consecuencia de la curvatura del espacio temporal”; para ésta teoría, el espacio-tiempo no es plano sino que está deformado por la distribución de la masa sobre él. Dicha curvatura formada por la masa es nada más y nada menos que, “la gravedad”. También llegaría a otra conclusión la gravedad afecta al tiempo, formulando así el principio de equivalencia; es decir, el tiempo transcurre diferente para observadores en campos gravitatorios distintos, cuanto más fuerte es el campo gravitatorio, el tiempo transcurre más lentamente. También predijo la existencia de objetos con una masa tan inmensa concentrada en una región minúscula del espacio que curvarían infinitamente el espacio-tiempo, lo cual haría que ningún objeto ni siquiera la luz, pudiese escapar de su campo gravitatorio; es decir dentro de éste el tiempo se detendría en su interior. Y tenemos como ejemplo de ello al centro de nuestra galaxia.

Precisamente a raíz de la relatividad general, los modelos cosmológicos del universo experimentaron una radical transformación. La cosmología relativista concibe un universo ilimitado, carente de límites o barreras, pero finito, según la cual el espacio es curvo en el sentido de que las masas gravitacionales determinan en su proximidad la curvatura de los rayos luminosos.

PEQUEÑAS DIFERENCIAS…TEORÍA CUÁNTICA

Ésta teoría surge a partir de la hipótesis cuántica de Planck en 1900, se comenzó a cuestionar si la materia en su estado más pequeño y puro, actuaba o se regía por leyes distintas a las que comúnmente lo hacemos nosotros, la respuesta fue un contundente “SÍ”. A medida que la física se convirtió en un punto focal de estudio. La Teoría Cuántica es uno de los pilares fundamentales de la Física actual. Recoge un conjunto de nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX para dar explicación a procesos cuya comprensión se hallaba en conflicto con las concepciones físicas vigentes. Su marco de aplicación se limita, casi exclusivamente, a los niveles atómico, subatómico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero también lo es en otros ámbitos, como la electrónica, en la física de nuevos materiales, en la física de altas energías, en el diseño de instrumentación médica, en la criptografía y la computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano. La Teoría Cuántica es una teoría netamente probabilista: describe la probabilidad de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, sin especificar cuándo ocurrirá.

LLEGUEMOS A UN ACUERDO…TEORÍA DE UNIFICACIÓN DE LA FÍSICA

Albert Einstein fue el primero que buscó una teoría unificada más amplia, que integrara todas las fuerzas. Dedicó los últimos 30 años de su vida a esto pero no lo logró, y hoy continúa sin descubrirse. Consiste en una teoría definitiva, una ecuación única que dé respuesta a todas las preguntas fundamentales del Universo.

¿Qué es la teoría de la unificación de la física?

Es una teoría hipotética de la física moderna que pretende unificar y explicar todos los fenómenos físicos que en la actualidad conocemos tales como la Gravedad, el Electromagnetismo y las dos fuerzas nucleares débil y fuerte.

Es una teoría del todo que permitiera explicar el Universo, desde las inmensas galaxias a las más elementales partículas, pasando por el mundo que nos rodea en nuestro día a día.

Ésta teoría guarda por sí misma distintos objetivos como lo son: Explicar todas las fuerzas de la Naturaleza, y todas las características de la energía y la materia, el origen del Universo, unificar relatividad y cuántica integrar otros universos en caso de que los haya.

En el s.XIX, Maxwell unificó las fuerzas eléctrica y magnética en el electromagnetismo.

A comienzos del siglo XX, la relatividad de Einstein unificó espacio y tiempo, y posteriormente el espacio-tiempo con la gravedad.

Lo que nadie ha podido unificar aún es la relatividad con la cuántica. La relatividad es la ley de lo muy grande, de los astros y las galaxias. La cuántica rige en lo más pequeño, en las partículas subatómicas.

CONCLUSIONES:

Como dije al principio de éste ensayo, la física es, para mí, la ciencia más relevante en cuanto a la resolución de preguntas acerca de los fenómenos cotidianos. Hoy conocemos ya, las distintas teorías de la física que nos hacen concebirla, de primera mano como la variedad de respuestas a fenómenos similares en escalas de volumen, espacios o velocidades variables. Mientras que la física clásica nos da la oportunidad de concebir a la física como los fenómenos que podemos apreciar a velocidades normales en espacios determinados, la teoría de la relatividad nos hace mirar “más allá de la luz”, permitiéndonos hacernos preguntas acerca del transcurrir del tiempo y además nos permitió darnos cuenta de la curvatura que existe en espacio-tiempo para definir a la gravedad. Y por si fuera poco la teoría cuántica nos permite desarrollar nuestra mente a un nuevo y microscópico de las partículas elementales del universo el cual, no es rígido y mecanizado como pudiésemos creer.

Lo cual me lleva a concluir que, a medida que la humanidad comprenda y encuentre la relación perfecta de la física y sus teorías podremos contestar muchísimas interrogantes…Y con todas las dimensiones que hemos conocido en base a este ensayo ¿Qué pregunta le harías a la física?

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