Historia de la Física
La historia de la física se remonta a miles de años atrás, con la aparición de las civilizaciones antiguas en Mesopotamia, Egipto y Grecia. En estas surgió el interés por conocer el mundo natural y explicarlo con base en observaciones y razonamientos. Entre los primeros intereses de los sabios antiguos estuvo, por ejemplo, la observación del cielo y las estrellas.
Luego de siglos de avance y experimentación, la física se desarrolló como la ciencia que estudia fenómenos naturales como la materia, la energía, el espacio y el tiempo. De este modo, procura comprender el funcionamiento del universo, desde sus escalas más diminutas (física de particulas), a las macroscópicas (evolución de las estructuras cósmicas).
Entre los primeros pueblos en anotar observaciones astronómicas estuvieron los babilonios (milenio II a.C.). En Babilonia se desarrollaron calendarios con base en los ciclos lunares. Además, se notó el patrón de movimiento de las estrellas. Tales observaciones se acompañaron de cálculos basados en un sistema numérico sexagesimal que permitió predecir ciertos fenómenos estelares.
En Egipto antiguo, los cálculos también fueron fundamentales para construir grandes monumentos, como las pirámides. Los conocimientos de elementos de la física se implementaron, ya que se debía conocer el peso y la fuerza necesaria empleada en palancas y planos inclinados para poder levantar y mover los bloques de rocas.
No obstante estos empleos prácticos de conocimientos físicos, los griegos fueron los primeros que pensaron sobre la naturaleza como un objeto de conocimiento que podía y debía ser sistematizado. Esto nos lleva a considerar el largo viaje de la evolución de la física en cada una de sus etapas.
Antecedentes históricos de la física
La física nació como una rama de la filosofía, en la cual los pensadores buscaban comprender las leyes que gobernaban la naturaleza. De hecho, el nombre de la física proviene de los griegos. En su lengua, el término fisis (physis) significaba naturaleza, y el propio filósofo Aristóteles empleó la palabra "física" para llamar así a los estudios del mundo natural.
Se suele considerar a Tales de Mileto (624-547 a.C.) como padre de la física y como uno de los primeros científicos de la humanidad. El filósofo presocrático fue mencionado por Aristóteles, quien lo consideró el primero en intentar descubrir y explicar el arjé (elemento esencial del cosmos).
Tales propuso al agua como ese elemento, ya que mediante sus observaciones notó cómo esta podía cambiar de estados: líquido, sólido, gaseoso, y su naturaleza húmeda estaba presente en todas las formas de vida. Aunque estas fueron meras especulaciones basadas en la observación, sentaron las bases para una forma de razonar y explicar el mundo natural.
Observemos ahora otros progresos de la física alcanzados por la civilización griega.
Teoría del átomo
La idea de una partícula material indivisible que al juntarse componía el resto de los cuerpos y cosas observables se le ocurrió al pensador Leucipo, y fue desarrollada por su alumno, Demócrito de Abdera (460- 370 a.C.). Demócrito explicó que cualquier trozo de materia podía dividirse continuamente, hasta llegar a una partícula que ya fuera inseparable: el átomo.
Esta teoría marcó un hito importante en el entendimiento de la materia. Aunque fue un concepto audaz, no estaba respaldado por evidencia empírica. El concepto del átomo fue, sin embargo, fundamental para la física moderna. Con el tiempo se refinaron distintos modelos atómicos como los de J. Dalton (siglo XIX), y los de J. Thomson, E. Rutherford, y Niels Bohr, en el siglo XX.
En la física moderna se descubrieron partículas subatómicas y se ha demostrado cómo los átomos pueden experimentar fusión y fisión, y cómo pueden separarse en partículas más pequeñas.
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La física de Aristóteles
Aristóteles (384-322 a.C.) fue el filósofo griego más influyente. El corpus de ideas aristotélicas trató diversos aspectos de la física, como el movimiento de los cuerpos y las esferas celestes, la hipótesis del geocentrismo (tierra en el centro del universo), los cuatro elementos, y el éter (todo espacio está lleno de materia).
Aunque su forma de explicar el universo dominó el pensamiento occidental durante más de mil años, la mayor parte de sus conclusiones se establecieron a partir de razonamientos lógicos, y no con base en experimentos. En la Modernidad, los experimentos de Galileo y Newton demostraron hipótesis distintas de las que en su momento ofreció Aristóteles.
Física en el mundo helenístico
En la época helenística hubo numerosos pensadores de origen griego que también hicieron aportes en la evolución de la física. Algunos de estos fueron Arquímedes de Siracusa (287- 212 a.C.), quien estudió la flotación de cuerpos en fluídos y desarrolló la teoría de la palanca.
De esta época también procedió la refinación del modelo geocéntrico propuesto por Claudio Ptolomeo (c. 95- 170 d.C.). Sostenía que todos los cuerpos celestes, el sol y los planetas, giraban alrededor de la Tierra en órbitas circulares perfectas. Aunque luego su sistema se probó equivocado, fue la forma de concebir el universo durante mil cuatrocientos años. Ptolomeo también llevó a cabo importantes estudios de óptica.
Evolución de la física (siglos XV al XVIII)
Desde la época del Renacimiento, en la física se aprecian grandes progresos a partir del surgimiento de modelos científicos. Personajes como Galileo Galilei procuraron llevar adelante la verificación experimental de sus ideas y la formulación de generalizaciones mediante leyes físicas y matemáticas.
Los avances de los siglos XVI y XVII produjeron una Revolución Científica en las formas de comprender el universo y sus principios. Ahora conoceremos algunos de los protagonistas de esta revolución junto con sus propuestas y descubrimientos.
El sistema heliocéntrico
El científico polaco Nicolás Copérnico (1473-1543) derribó, luego de tantos siglos, las ideas aristotélicas y ptolemáicas del geocentrismo (concepción de la Tierra como centro del universo). En su obra De revolutionibus orbium coelestium, Copérnico explicó su observación del cielo y propuso que la Tierra y los demás planetas giraban en torno al sol.
A este modelo copernicano se le llama sistema heliocéntrico. Aunque no convenció a los escolásticos de ese periodo, los avances físicos y astronómicos continuaron sobre la base de su modelo. Johannes Kepler (1571-1630), por ejemplo, formuló las tres leyes del movimiento planetario, y describió que los planetas se movían en órbitas elípticas alrededor del sol.
A la par, el científico italiano Galileo (1564-1642) corroboró aspectos del movimiento de los planetas. Usó y refinó telescopios con los que descubrió varias lunas de Júpiter, las fases del planeta venus, observó los cráteres y las irregularidades de la superficie lunar. Además, a Galileo se le conoce por estudiar, con base experimental, la caída de los cuerpos y el movimiento de proyectiles.
Las leyes de Newton
En el siglo XVII emergió la figura de Isaac Newton (1642-1727), uno de los físicos más renombrados de la historia. En su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, hizo una síntesis del conocimiento físico de su época. Aun más, en el libro formuló las leyes del movimiento y la ley de la gravitación universal.
Estas leyes fueron fundamentales en el desarrollo de la física clásica. Siendo aplicables a múltiples ámbitos de la vida cotidiana y a experimentos técnicos y científicos en los que las masas estudiadas no son muy grandes, o la velocidad de los cuerpos es mucho menor a la velocidad de la luz.
Otros aportes de Newton involucran estudios de fenómenos ópticos, como la descomposición de la luz y la naturaleza del color.
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Avances en mecánica y electricidad
En el siglo XVIII, las leyes de Newton dieron pie a su aplicación en experimentos y a la formulación de nuevas hipótesis en distintos ámbitos científicos.
En la mecánica, Daniel Bernouille (1700-1782) formuló su ecuación, que relacionó la presión, velocidad y altura de fluídos en movimiento. Esta contribuyó con el desarrollo de la hidrodinámica y sus aplicaciones a la hidráulica.
Por otra parte, Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) formuló la ley matemática que describió la atracción de las cargas eléctricas. Paralelamente, en ese periodo, Alessandro Volta (1745-1827) hizo estudios de la electricidad estática y de la corriente eléctrica, logrando inventar la pila voltaica (en honor a su nombre).
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Evolución de la física (siglos XIX y XX)
La física en el siglo XIX experimentó progresos muy relevantes en la comprensión de la electricidad, el magnetismo, el descubrimiento de principios de la termodinámica y la revitalización de la teoría atómica.
Mientras en el siglo XX descollaron, por una parte, las explicaciones de la Relatividad, de Albert Einstein. Y por otra, los postulados de la física cuántica.
Electromagnetismo
El científico británico Michael Faraday (1791- 1867) llevó a cabo experimentos que sentaron las bases de la comprensión de los campos magnéticos, la inducción electromagnética, y la electrólisis (descomposición química de un elemento al pasar corriente eléctrica por una solución o líquido).
Los descubrimientos de Faraday posteriormente fueron desarrollados en aplicaciones prácticas que posibilitaron el control de la generación y transmisión de la energía eléctrica.
Otro hito en este campo vino de la mano de J.C. Maxwell (1831-1879), quien formuló la Teoría de la Radiación Electromagnética. Lo hizo a través de ecuaciones que describían cómo se propagaban los campos eléctricos y magnéticos, viajando a través del espacio en forma de ondas que se desplazan a la velocidad de la luz.
Con su trabajo, Maxwell adelantó así que la radiación electromagnética constaba de ondas, cosa que luego sería constatada por Heinrich Hertz.
Termodinámica y energía
A comienzos del siglo XIX, los términos "energía" y "fuerza" se utilizaban indistintamente. Luego se distinguieron y H. L.F. von Helmholtz (1821-1894) formuló el principio de conservación de la energía, que más tarde se conocería como la Primera Ley de la Termodinámica.
Aunque desde la Revolución Industrial se percibió que las máquinas convertían el calor en potencia motriz, su funcionamiento no estaba del todo claro en términos científicos. Fue entonces que Sadi Carnot (1796-1832) investigó los principios de las máquinas térmicas, estableció el concepto de eficiencia y sentó las bases para el descubrimiento de la Segunda Ley de la Termodinámica.
Esta ley fue avanzada por Rudolf Clausius (1822-1888), quien introdujo en ella el concepto de entropía. Clausius explicó con la idea de entropía las medidas del desorden de un sistema, y expresó que los procesos naturales eran irreversibles.
La Tercera Ley de la Termodinámica sería propuesta ya en el siglo XX. Esta parte de que la entropía de un sistema se acerca a valores constantes a medida que la temperatura se aproxima al cero absoluto (0 Kelvin, -273,15 °C y -459,67 °F respectivamente).
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Teoría de la Relatividad
Ya entrado el siglo XX, una de las revoluciones conceptuales de la física fue la presentada por la Teoría de la Relatividad, imaginada y formulada por Albert Einstein (1879-1955). Con la teoría de la relatividad especial, se generaron nuevas comprensiones del espacio y el tiempo.
Las ideas de Einstein se contrapusieron a las nociones de tiempo y espacio absoluto, legadas por Newton. Einstein presentó su concepto de equivalencia de la masa y la energía con la famosa fórmula (E=mc²), estableciendo al espacio y al tiempo como relativos.
Diez años después, en 1915, Einstein relacionó la gravedad con la curvatura del espacio-tiempo, causada por la masa. Todo lo cual quedó plasmado en su teoría de la relatividad general.
Mecánica cuántica
La otra gran revolución conceptual del siglo XX en la física estuvo representada por el enfoque cuántico. Algunos de los físicos destacados que desarrollaron estudios teóricos y experimentales de la física cuántica fueron Niels Bohr, Max Planck, W. Heisenberg y E. Shrödinger.
Bohr (1885-1962) expuso su modelo cuántico del átomo, y señaló que había electrones que orbitaban el núcleo de los átomos, distinguiendo niveles de energía. En 1901, Max Planck (1858-1947) introdujo el concepto de cuantos de energía, pequeñas unidades discretas de onda, que se convertirían en el fundamento de la física cuántica.
La mecánica cuántica luego dio lugar entonces a la descripción del comportamiento de las nanopartículas (partículas subatómicas), lo que se contrastó con el determinismo de la mecánica clásica. Otros conceptos clave que partieron del enfoque cuántico fueron y el principio de incertidumbre de Heisenberg, y la dualidad onda-partícula.
La física de hoy (aportaciones)
Tras los progresos significativos del siglo XX, la física en el mundo contemporáneo se ha adentrado en territorios cada vez más abstractos. Se ha discutido sobre la teoría de cuerdas, la gravedad cuántica, y permanece la preocupación por hallar una manera de unificar los hallazgos de la Relatividad General y la Mecánica Cuántica, pues algunos de sus postulados son incompatibles.
Para indagar en la estructura interna de la materia, se han diseñado y construido grandes aceleradores de partículas como el LCH (Large Hadron Collider) de la CERN que buscaron dar con nuevas nanopartículas (como el bosón de Higgs), propuestas en modelos teóricos. La física cuántica, en particular, promete innovar en áreas como la computación cuántica, la criptografía cuántica y la nanotecnología.
A lo largo de los siglos XX y XXI, muchas aplicaciones prácticas se desprendieron de los conocimientos de la física. Algunos ejemplos de las aportaciones de la física han sido:
- los transistores y circuitos integrados, producto de la física de semiconductores. Esto llevó a la creación de los microprocesadores, tan necesarios para la industria tecnológica y digital.
- los rayos láser, desarrollados a partir de los conocimientos de la cuántica, son fundamentales para la transmisión de datos por fibra óptica. Además, el laser (light amplification by stimulated emission of radiation) tiene aplicaciones médicas, en las cirugías oculares y cutáneas.
- fuentes de producción y almacenamiento de energía, los principios de la fisión nuclear han sido aplicados en la construcción de reactores nucleares. Los cuales producen energía eléctrica distribuida en los hogares de millones de personas.
- el GPS (Sistema de Posicionamiento Global), la precisión de los GPS se basa en la corrección de los efectos relativos que toman en cuenta la velocidad y gravedad. Es decir, que la teoría de la relatividad proporciona el marco conceptual que hace comprender qué afecta a los relojes en los satélites.
Estas son solo algunas de las muchas aportaciones de la física que han ayudado a alcanzar progresos tecnológicos con impacto en la vida cotidiana de todas las personas.
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Cómo citar: Significados, Equipo (19/08/2024). "Historia de la Física". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/historia-de-la-fisica/ Consultado:
