FRONTERAS Y PERSPECTIVAS DE LA FÍSICA

INTRODUCCIÓN

Éste ensayo de física está dirigido a cualquier lector, profesor o compañero alumno que, deseé descubrir la relación entre la física y, sus fronteras y perspectivas; haciendo un pequeño inca píe en cómo descubrí yo, mi curiosidad por la física, además trataré de exponer la evolución de la física a lo largo de la historia así como su concepto, por último procederé a explicar las "fronteras" que la física ha sobrepasado para que al día de hoy podamos contar con los conocimientos y tecnologías con, los que hoy contamos.

Por último, en ésta introducción hago la recomendación al lector de éste ensayo a que dé lectura al libro Fronteras de la "Física en el siglo XXI" de Octavio Miramontes y Karen Volke (Editores), ya que para mí, fue de suma importancia conocer algunas determinantes de dicho libro para, la elaboración de éste ensayo.

DESARROLLO

Mis comienzos con la Física

He vivido durante casi 20 años y, durante ése tiempo siempre ha permanecido en mí, una sed enorme por responderme ¿por qué?; esta respuesta ha ido esclareciéndose a lo largo del preescolar, luego con la educación primaria y mi primer encuentro con las ciencias naturales; y de pronto, cuando llego al siguiente nivel, la secundaria me topo con un conjunto de ciencias que comienzan a darme más respuestas que nunca. Hablo de la física y de la química las cuales desarrollaron en mí la capacidad lógica de respuesta; sin embargo, al comenzar a experimentar y consultar información surgieron muchísimas más dudas que respuestas en sí, pero me encantaba ésta curiosidad ya que debido a ello yo comprendí que, NUNCA DEJARÍA DE APRENDER.

Fue en segundo de secundaria cuando tuve mi primer contacto con la Física como motivo de estudio; recuerdo que el primer día en ésta materia fue un nerviosismo absoluto de parte mía y mis compañeros. Recuerdo el discurso que mi profesor el Ingeniero Pedro Quiroz quien nos dijo "Jóvenes prepárense, porque a partir de la física, ya no verán el mundo de la misma manera". Y sí que tuvo razón, a medida que fui comprendiendo la física ya no veía de igual manera que antes el movimiento de un avión de papel, la luz que rebotaba en mi cuerpo, el sonido que se propagaba en una sala de cine, la trayectoria y fuerza de un balón de futbol al patearle; por ponerlos como algunos ejemplos. Todo parecía situarse de manera mucho más sencilla en su lugar específico.

La física, para mí fue un "Despertar cognitivo de mí pensamiento abstracto", debido a que no sólo estaba aprendiendo postulados, leyes, teoremas, sino que estaba aprendiendo de "la complejidad en lo simple de la cotidianeidad" de el mundo que me rodea, lo que me permitió generar un concepto y criterio propios.

La Física

Por ahora ya he contestado que fue para mí, el primer contacto con la física pero ahora voy a definir con más precisión lo que es la física, como surge y, partiendo de ésos hechos comenzaremos a dar un enfoque más acertado sobre sus fronteras y perspectivas....

La física es una ciencia natural que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, así como sus interacciones; es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua a través de la inclusión de la astronomía. En los últimos dos milenios, la física había sido considerada sinónimo de la filosofía, la química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVII surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio.

Pero no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Ya que, como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos. En su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca la descripción de partículas fundamentales microscópicas, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció en los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.

Pequeño resumen histórico de la física

Se conoce que la mayoría de civilizaciones de la antigüedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su entorno, miraban las estrellas y pensaban como ellas podían regir su mundo. Esto llevo a muchas interpretaciones de carácter más filosófico que físico, no en vano en esos momentos la física se la llamaba filosofía natural. Muchos filósofos se encuentran en el desarrollo de la física, como Aristóteles, Tales de Mileto o Demócrito, por ser los primeros en tratar de buscar algún tipo de explicación a los fenómenos que los rodeaban. A pesar de que las teorías descriptivas del universo que dejaron estos pensadores eran erradas, éstas tuvieron validez por mucho tiempo, casi dos mil años, en parte por la aceptación de la iglesia católica de varios de sus preceptos como la teoría geocéntrica o las tesis de Aristóteles.

Esta etapa denominada oscurantismo en la ciencia termina cuando Nicolás Copérnico, considerado padre de la astronomía moderna, en 1543 recibe la primera copia de su De "Revolutionibus Orbium Coelestium". A pesar de que Copérnico fue el primero en formular teorías plausibles, es otro personaje al cual se le considera el padre de la física como la conocemos ahora. Un catedrático de matemáticas de la Universidad de Pisa a finales del siglo XVI cambiaría la historia de la ciencia empleando por primera vez experimentos para comprobar sus aseveraciones, Galileo Galilei. Con la invención del telescopio y sus trabajos en planos inclinados, Galileo empleó por primera vez el método científico y llegó a conclusiones capaces de ser verificadas.
Posteriormente, en el siglo XVII, un científico inglés reúne las ideas de Galileo y Kepler en un solo trabajo, unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en la tierra en lo que el llamó gravedad. En 1687, Sir Isaac Newton en su obra "Philosophiae NaturalisPrincipia Mathematica" formuló los tres principios del movimiento y una cuarta Ley de la gravitación universal que transformaron por completo el mundo físico, todos los fenómenos podían ser vistos de una manera mecánica.

El trabajo de Newton en el campo, perdura hasta la actualidad; todos los fenómenos macroscópicos pueden ser descritos de acuerdo a sus tres leyes. De ahí que durante el resto de ese siglo y el posterior siglo XVIII, todas las investigaciones se basaron en sus ideas. De ahí que otras disciplinas se desarrollaron, como la termodinámica, la óptica, la mecánica de fluidos y la mecánica estadística. Los conocidos trabajos de Daniel Bernoulli, Robert Boyle, Robert Hooke entre otros, pertenecen a esta época.

Más cercano a nuestra era, en el siglo XIX donde se producen avances fundamentales en la electricidad y el magnetismo principalmente de la mano de Charles Coulomb, Luigi Galvani, Michael Faraday y George Simon Ohm que culminaron en el trabajo de James Clerk Maxwell de 1855 que logró la unificación de ambas ramas en el llamado electromagnetismo. Además se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad y el descubrimiento del electrón por parte de Joseph John Thompson en 1897.

Durante el Siglo XX, la Física se desarrolló plenamente. En 1904 se propuso el primer modelo del átomo. En 1905, Einstein formuló la Teoría de la Relatividad especial, la cual coincide con las Leyes de Newton cuando los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 extendió la Teoría de la Relatividad especial, formulando la Teoría de la Relatividad general, la cual sustituye a la Ley de gravitación de Newton y la comprende en los casos de masas pequeñas. Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr y otros, desarrollaron la Teoría cuántica, a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos. En 1911, Ernest Rutherford dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersión de partículas. En 1925 Werner Heisenberg, y en 1926 Erwin Schrödinger y Paul Adrien Maurice Dirac, formularon la Mecánica cuántica, la cual comprende las teorías cuánticas precedentes y suministra las herramientas teóricas para la Física de la materia condensada.

Posteriormente se formuló la Teoría cuántica de campos, para extender la mecánica cuántica de manera consistente con la Teoría de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de los 40, gracias al trabajo de Richard Feynman, Julian Schwinger, Tomonaga y Freeman Dyson, quienes formularon la teoría de la electrodinámica cuántica. Asimismo, esta teoría suministró las bases para el desarrollo de la física de partículas. En 1954, Chen Ning Yang y Robert Mills desarrollaron las bases del modelo estándar. Este modelo se completó en los años 1970, y con él fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente.

Los intentos de unificar las cuatro interacciones fundamentales han llevado a los físicos a nuevos campos impensables. Las dos teorías más aceptadas, la mecánica cuántica y la relatividad general, que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micro-mundo, parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista.

Fronteras de la física hoy día

Es increíble como una manzana puede cambiar a mundo...bueno, no la manzana en sí, sino el pensamiento que surgió a partir de un encuentro entre éste fruto y la cabeza de Sir Isaac Newton. Y el cómo esta abrió un panorama enorme de posibilidades en el ingenio y curiosidad no sólo, de Newton, sino del mundo entero.

El impacto de los conocimientos físicos en la sociedad moderna abarca prácticamente todos los ámbitos de su realidad. Pero tres símbolos de los grandes retos de la humanidad, la conquista del cosmos, el dominio de nuevas fuentes energéticas, y la revolución en las comunicaciones han recibido un impulso decisivo con el progreso de las Ciencias Físicas.

Tal es que hoy veamos híbridos de la física y demás ciencias, que surgieron como dije en un principio, para dar respuesta a una amplia gama de preguntas que no acabarán nunca, debido a que como humanos tenemos una naturaleza curiosa y a partir de una respuesta tendemos a formular otra pregunta, para generar un conocimiento abstracto acerca de dichos conocimientos y teorías.

El progreso en física a menudo es resultado de que, un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teorías actuales por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.

La física teórica está muy relacionada con las matemáticas. Esta suministra el lenguaje usado en el desarrollo de las teorías físicas. Los teóricos confían en el cálculo diferencial e integral, el análisis numérico y en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos físicos. Los campos de física computacional y matemática son áreas de investigación activas.

Física-química

La hibridación de la Física con la frontera del conocimiento químico hizo aparecer hacia fines del siglo XIX la disciplina conocida como Física – Química. La marca de éste hibrido de ciencia nos enuncia el empeño unificador que dibujaba el objeto de estudio de la Física-Química encontró su aliento principal en descubrir las leyes y teorías que presiden las interacciones entre energía y sustancia, surgiendo como áreas específicas: la Termodinámica, la Electroquímica y la Espectroscopia.

Materia condensada

La física de la materia condensada se ocupa de las propiedades físicas macroscópicas de la materia, tales como la densidad, la temperatura, la dureza, o el color de un material. Los materiales consisten en un gran número de átomos o moléculas que interaccionan entre ellos, por lo que están "condensados", a diferencia de estar libres sin interaccionar. La física de la materia condensada busca hacer relaciones entre las propiedades macroscópicas, que se pueden medir, y el comportamiento de sus constituyentes a nivel microscópico o atómico y así comprender mejor las propiedades de los materiales.

Física atómica y molecular

La física atómica y molecular se centra en el estudio de las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de átomos individuales o estructuras que contienen unos pocos átomos. Ambas áreas se agrupan debido a su interrelación, la similitud de los métodos utilizados, así como el carácter común, de las escalas de energía relevantes a sus investigaciones. A su vez, ambas incluyen tratamientos tanto clásicos y como cuánticos, ya que pueden tratar sus problemas desde puntos de vista microscópicos y macroscópicos. La física molecular se centra en estructuras moleculares y sus interacciones con la materia y con la luz.

Astrofísica

La astrofísica y la astronomía son ciencias que aplican las teorías y métodos de otras ramas de la física al estudio de los objetos que componen nuestro variado universo, tales como estrellas, planetas, galaxias y agujeros negros. La astronomía se centra en la comprensión de los movimientos de los objetos, mientras que a groso modo la astrofísica busca explicar su origen, su evolución y su comportamiento. Actualmente los términos astrofísica y astronomía se los suele usar indistintamente para referirse al estudio del universo.

Esta área, junto a la física de partículas, es una de las áreas más estudiadas y más apasionantes del mundo contemporáneo de la física. Desde que el telescopio espacial Hubble nos brindó detallada información de los más remotos confines del universo, los físicos pudieron tener una visión más objetiva de lo que hasta ese momento eran solo teorías.

Biofísica

La biofísica es un área interdisciplinaria que estudia a la biología aplicando los principios generales de la física. Al aplicar el carácter probabilístico de la mecánica cuántica a sistemas biológicos obtenemos métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que ésta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa.

Como podemos apreciar, el estudio de la física nos lleva indistintamente a ser espectadores del surgimiento de una relación con otras ciencias; lo que me lleva a pensar "el conocimiento de la física es inagotable, pero sus aplicaciones para la vida que hoy llevamos se está volviendo indispensable ya, el hecho es que, jamás debemos de pasar por alto éstos aportes científicos y tecnológicos que nos brinda la física, porque es ahí cuando la ignorancia y el descontrol surge dentro de una sociedad, transformándonos en entes huecos.".

Perspectivas de la física en el hoy

Para mí, la física y su estudio no tienen fronteras... pero si un muy amplio recorrido que aún falta recorrer para poder llegar a la verdad. Bastaría definir las perspectivas de la física como la materialización de lo que hoy llamamos "ciencia ficción"; imaginemos que un día las leyes de la física nos lleven a mundos que están a millones de años luz de distancia, o que nos permitan estar en dos lugares a la vez...basta con imaginar una novela de Julio Verne y el cómo influyó en la invención de nueva maquinaria con el simple hecho de IMAGINAR...porque para mí eso es precisamente el campo de perspectivas de la física "El límite de las aportaciones de la física a la ciencia, se dará el día que el hombre deje de imaginar".

CONCLUSIONES

Como pudimos analizar a lo largo de éste ensayo, la física es sin duda, "la materia madre" , observamos su evolución a lo largo de la historia, apreciamos las aportaciones del hombre y sobre todo he llegado a una conclusión desde mi punto de vista en el cual aprecio que, todo, llámese tecnología, ciencia, cultura, tendencias modernas que hemos desarrollado como humanidad están en función de los descubrimientos y observaciones de la física. Y creo que el nombre de éste ensayo lo debería cambiar de "fronteras y perspectivas de la física" por "el futuro de la humanidad desde la visión de la física". Ya que, para ello es que la física ha surgido. Ahora invito al lector, sea profesor o algún compañero estudiante que no pensemos en física como una materia inservible, sino como la base científica para el desarrollo de una sociedad. Termino éste ensayo con ésta idea "La curiosidad nos hace humanos, el conocimiento nos hace sabios, pero transmitir estos conocimientos nos hace eternos."

Y tu...¿Ahora ves el mundo de manera igual?

Ley de la Gravitación Univesal

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