Desde hace mucho tiempo las personas han tratado
de entender el porqué de la naturaleza y los fenómenos que en ella se observan;
Algunos de estos fenómenos son: El paso de las estaciones, el movimiento de los
cuerpos y de los astros, los fenómenos climáticos, las propiedades de los
materiales, entre otros más. Las primeras explicaciones aparecieron en la
antigüedad se basaban en consideraciones puramente filosóficas, sin verificarse
experimentalmente. Algunas interpretaciones falsas, como la hecha por Ptolomeo
en su famoso "Almagesto" - "La Tierra está en el centro del
Universo y alrededor de ella giran los astros" - perduraron durante mucho
tiempo.
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 impulso el empleo sis-temático 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 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 a los más tarde utilizó Pascal
para determinar la presión atmosférica. Pascal preciso el concepto de presión
en el seno de un líquido y enuncio 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
teo-ría 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
quien también se le debe importantes contribuciones a la mecánica, descubrió la
polarización de la luz, en oposición a Newton, para quien 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.
También aparecen las
primeras sociedades científicas como la Royal Society en Londres en 1660 y la
Académie des sciences en París en 1666 como instrumentos de comunicación e
intercambio científico, teniendo en los primeros tiempos de ambas sociedades un
papel prominente las ciencias físicas.
Siglo XVIII:
termodinámica y óptica
A partir del Siglo
XVIII Boyle y Young desarrollaron la termodinámica. En 1733 Bernoulli usó
argumentos estadísticos, junto con la mecánica clásica, para extraer resultados
de la termodinámica, iniciando la mecánica estadística. En 1798 Thompson
demostró la conversión del trabajo mecánico en calor y en 1847 Joule formuló la
ley de conservación de la energía.
En el campo de la
óptica el siglo comenzó con la teoría corpuscular de la luz de Newton expuesta
en su famosa obra Opticks. Aunque las leyes básicas de la óptica geométrica
habían sido descubiertas algunas décadas antes, el siglo XVIII fue rico 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. El siglo concluyó con el célebre experimento de Young de
1801 en el que se ponía de manifiesto la interferencia de la luz demostrando la
naturaleza ondulatoria de ésta
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 1855 Maxwell 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 en el electromagnetismo se
consideran frecuentemente equiparables a los descubrimientos de Newton sobre la
gravitación universal y se resumen con las conocidas, ecuaciones de Maxwell, un
conjunto de cuatro ecuaciones capaz de predecir y explicar todos los fenómenos
electromagnéticos clásicos. Una de las predicciones de esta teoría era que la
luz es una onda electromagnética. Este descubrimiento de Maxwell proporcionaría
la posibilidad del desarrollo de la radio unas décadas más tarde por Heinrich
Hertz en 1888
En 1895 Roentgen
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 y al comienzo de
la estructura microscópica de la materia.
En 1897 Thomson
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. A principios de este siglo los físicos consideraban tener una
visión casi completa de la naturaleza. 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 1905 Albert
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. La relatividad
formula ecuaciones diferentes para la transformación de movimientos cuando se
observan desde distintos sistemas de referencia inerciales a aquellas dadas por
la mecánica clásica. Ambas teorías coinciden a velocidades pequeñas en relación
a la velocidad de la luz. En 1915 extendió la teoría especial de la relatividad
para explicar la gravedad, formulando la teoría general de la relatividad, la
cual sustituye a la ley de la gravitación de Newton.
En 1911 Rutherford
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 1932.
En los primeros años
del Siglo XX Planck, Einstein, Bohr y otros desarrollaron la teoría cuántica a
fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los
cuerpos. En esta teoría, los niveles posibles de energía pasan a ser discretos.
En 1925 Heisenberg y en 1926 Schrödinger y Dirac formularon la mecánica
cuántica, en la cual explican las teorías cuánticas precedentes. En la mecánica
cuántica, los resultados de las medidas físicas son probabilísticos; la teoría
cuántica describe el cálculo de estas probabilidades.
La mecánica cuántica
suministró las herramientas teóricas para la física de la materia condensada,
la cual estudia el comportamiento de los sólidos y los líquidos, incluyendo
fenómenos tales como estructura cristalina, semiconductividad y
superconductividad. Entre los pioneros de la física de la materia condensada se
incluye Bloch, el cual desarrolló una descripción mecano-cuántica del
comportamiento de los electrones en las estructuras cristalinas (1928).
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, en la cual se describe
la interacción electromagnética.
La teoría cuántica de
campos suministró las bases para el desarrollo de la física de partículas, la
cual estudia las fuerzas fundamentales y las partículas elementales. En 1954
Yang y Mills desarrollaron las bases del modelo estándar.
Física del siglo XXI
En el siglo XII La
física sigue enfrentándose a grandes retos, tanto de carácter práctico como
teórico. El estudio de los sistemas complejos dominados por sistemas de
ecuaciones no lineales, tal 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 teórica continúa sus
intentos de encontrar una teoría física capaz de unificar todas las fuerzas en
un único formulismo en lo que sería una teoría del todo. Entre las teorías
candidatas debemos citar a la teoría de supercuerdas.
