Física
Durante la Edad
Media aún dominó el pensamiento de Aristóteles y ya en el siglo
XVII resurgió con fuerza la doctrina de Demócrito sobre la
naturaleza de la materia.
Copérnico (1473-1543)
se planteó que el sistema ptolopmeico podría ser erróneo.
Aplicando la lógica, dedujo que eran los planetas los que se
movían alrededor del Sol. Además demostró que las matemáticas
necesarias para explicar estos movimientos planetarios eran
mucho más sencillas que en el sistema ptolomeico. Todo su
pensamiento quedó recogido en su obra De Revolutionibus
Orbitum Caelestium.
A
Galileo (1564-1642) se
le deben, entre otras aportaciones, el descubrimiento de la ley
del péndulo, el rebatimiento de la teoría de Aristóteles sobre
la caída de los cuerpos, el hallazgo de una manera de medir el
peso de los cuerpos en el agua, el diseño de un termómetro para
medir la temperatura y la construcción de un reloj hidráulico
para medir el tiempo.
Galileo
descubrió también las leyes que rigen la fuerza y el movimiento,
definiendo exactamente la velocidad y la aceleración de los
objetos en movimiento, y posteriormente enunció estas leyes de
forma matemática. Estableció, además, el siguiente postulado:
las leyes físicas son las mismas si el observador se encuentra
en reposo o se mueve con movimiento rectilíneo uniforme, y esta
afirmación es el principio de relatividad, que
posteriormente fue retomado por Einstein, el cual ya concibió la
teoría especial de la relatividad.
Fue el primero
en utilizar el telescopio en astronomía (perfeccionando el
construido por Lipershey), mediante el cual descubrió cuatro
satélites de Júpiter y pudo ver cómo giraban en torno al planeta.
A causa de estas observaciones, tomó partido por las teorías de
Copérnico. Destruyó el mito de la perfección de los cuerpos
celestes, al observar la superficie lunar y descubrir manchas
solares.
En definitiva,
Galileo demolió la actitud científica de la época, pues basó
todas sus deducciones en experimentos y pruebas reales; fue el
primero en llegar a conclusiones a través del método científico
moderno de combinar la observación con la lógica, y esa lógica,
además, la expresó en matemáticas.
Kepler
(1571-1630) fue el fundador de la astronomía moderna. Enunció
las leyes sobre el movimiento de los astros, según las cuales,
los planetas describen órbitas elípticas en las que el Sol ocupa
uno de sus focos. Destacan también sus trabajos sobre óptica, en
los que explicó el proceso visual del ojo y la refracción de la
luz de la atmósfera.
Torricelli (1608-1647)
descubrió, en 1643, el barómetro, y observó que el mercurio en
un barómetro puede dejar un vacío en la parte superior del tubo
(en oposición a la teoría de Aristóteles). A él se deben también
estudios sobre la presión atmosférica, además del enunciado de
los principios de la hidrodinámica y sus trabajos en la
construcción de telescopios y microscopios esféricos.
Huygens (1629-1695)
expuso la teoría ondulatoria de la luz, aunque suponiendo que
las ondas eran transversales. Además, con un telescopio de
refracción, construido por él mismo, descubrió un satélite de
Saturno y el anillo de este planeta.
Con
Newton (1642-1727), la
física teórica alcanzó una base sólida; a partir de él, la
ciencia como tal gozó de un gran prestigio. Sus trabajos sobre
óptica ordenaron la teoría de la refracción de la luz, fue el
primero en descubrir que la luz blanca está compuesta de varios
colores que pueden separarse y recombinarse. Newton elaboró una
teoría de la luz blanca para explicar por qué se refractaba en
el vidrio, formando un arco iris, teoría que fue recogida en su
obra Óptica o Tratado de las reflexiones, refracciones,
inflexiones y colores de la luz. Aunque esta hipótesis es
errónea, explicaba por qué los primeros telescopios, los cuales
estaban construidos con lentes que refractaban la luz, formaban
imágenes rodeadas de pequeños halos de colores. Y a este
fenómeno se le dio el nombre de aberración cromática.
Esto le indujo a pensar que la aberración cromática no podía
corregirse, por lo que decidió construir telescopios sin lentes
y con espejo parabólicos, que recogían y concentraban la luz por
reflexión, y que por supuesto no tenían aberración cromática. (Actualmente
los mejores telescopios siguen utilizando el principio
reflector.)
Entre sus
aportaciones a las matemáticas destaca el binomio de Newton
para expresar ciertas magnitudes algebraicas; descubrió la
manera de hallar áreas limitadas por curvas, que llamó
fluxiones y hoy se conoce con el nombre de cálculo
diferencial e integral (Leibniz lo descubrió de forma
simultánea e independiente).
Newton también
aportó la Ley de la Gravitación Universal, y supuso que
las fuerzas de atracción actuaban desde el centro de la Tierra,
que años más tarde pudo demostrarlo matemáticamente gracias al
cálculo diferencial. Enunció las tres leyes del movimiento (recogidas
en su obra Philosophie Naturalis Principia Mathematica),
que son las siguientes:
1ª.) Todo
cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme
sobre una línea recta a no ser que se le obligue a variar dicho
estado mediante fuerzas que actúan sobre él.
2ª.) La variación del movimiento es proporcional a la fuerza
motora a que se le somete, y se realiza en la dirección de la
recta en que la fuerza actúa.
3ª.) A toda acción se opone siempre una reacción igual y
contraria.
Estas leyes
completaron la obra iniciada por Galileo, y sus leyes de la
gravedad universal explicaron la labor de Copérnico y Kepler,
así como el movimiento de las mareas.
A lo largo del
siglo XVIII se intensificaron los estudios sobre la electricidad,
y a finales de siglo se descubrió que la corriente eléctrica
puede producirse con elementos galvánicos.
Coulomb (1736-1806) es
considerado el fundador de la Electrostática. Estudió de forma
cuantitativa el hecho de que cargas del mismo signo se rechazan
y cargas de signo contrario se atraen. Como consecuencia de
estos trabajos, enunció la ley que lleva su nombre, dos
cargas eléctricas ejercen mutuamente una fuerza atractiva o
repulsiva, directamente proporcional a las cargas mismas, e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa.
A
Alessandro Volta
(1745-1827) se le debe el efecto que lleva su nombre (Efecto
Volta), según el cual, si se ponen en contacto dos metales,
los gases electrónicos correspondientes no se encontrarán al
mismo nivel energético, y esto hará que en el lugar de contacto
entre ellos aparezca una diferencia de potencial eléctrico.
Oersted (1777-1851)
realizó una serie de experimentos, en 1820, donde se mostraba la
evidencia de la interacción entre la electricidad y el
magnetismo, dando lugar a una nueva ciencia, el
Electromagnetismo.
Ohm
(1789-1854) realizó estudios sobre la resistencia eléctrica.
Enunció la ley que lleva su nombre, "la intensidad de la
corriente -I- es proporcional a la diferencia de potencial -V-
existente entre los extremos del conductor, de forma que R = V /
I", donde R es la resistencia eléctrica, que es un valor
constante típico de cada conductor.
Faraday (1791-1867),
con un voltímetro ideado por él, reveló las leyes cuantitativas
de la electrólisis. Además, descubrió la magnetización de la luz,
el diamagnetismo y el benzol. Pero su descubrimiento más
importante fue, sin duda, la inducción electromagnética, en
1831. Con ello, ofreció el primer modo práctico de convertir
energía mecánica en energía eléctrica, e inició el rumbo hacia
la producción en generadores, movidos por la energía mecánica
del vapor o de la caída de agua.
Joule
(1818-1889) interpretó los efectos térmicos de la corriente
eléctrica. Sus investigaciones contribuyeron a la enunciación
del principio de conservación de la energía en todas sus formas,
mecánica, calorífica o eléctrica.
Kirchhoff (1824-1887)
realizó aportaciones a la Termodinámica, pero destacan sus
reglas sobre los conductores eléctricos, las cuales son
consecuencia de la Ley de Ohm. Las leyes que enunció Kirchhoff
son las siguientes:
1ª.) En un
punto de la red en el que confluyen más de dos conductores, la
suma de las intensidades que salen del nudo tiene que ser igual
a la suma de las intensidades que se dirigen a él.
2ª.) En una malla, la suma de los productos de las resistencias
por las intensidades de corriente respectivas es igual a la suma
algebraica de las fuerzas electromotrices de dicha malla.
James
Clerk Maxwell
(1831-1879) expuso las ideas de Faraday sobre la teoría de las
ondas electromagnéticas mediante fórmulas, en 1873. Además,
contribuyó a la elaboración de la teoría cinética de los gases.
Röntgen (1845-1923)
aportó a la Física fue descubrimiento de los rayos X (o rayos
Röentgen, llamados así en su honor), y su estudio posterior.
Descubrió su propagación en línea recta, su poder de penetración
y que no se desvían por la influencia de campos magnéticos o
eléctricos. Este descubrimiento dio paso a una nueva rama de la
ciencia, la Radiología, y dio origen a la etapa de la
electrónica en la Física. Röetgen fue el primer Premio Nobel de
Física, en 1901.
Bequerel
(1852-1908) descubrió los rayos que llevan su nombre, los cuales
emiten ciertas sales de uranio capaces de impresionar placas
fotográficas. También desarrolló investigaciones, entre otras,
sobre la fosforescencia, la polarización atmosférica, la
absorción de la luz por los cristales y el magnetismo terrestre.
Lorentz (1853-1928)
realizó una formulación matemática de su teoría sobre la
electrodinámica de los cuerpos móviles, según la cual, la
velocidad de un cuerpo va acompañada de un acortamiento de dicho
cuerpo y de un aumento de su masa. Esta representación
matemática recibe el nombre de transformadas de Lorentz,
que fueron utilizadas por Einstein para la formulación de su
teoría de la relatividad.
Hertz
(1857-1894) demostró en 1888 que las vibraciones eléctricas se
propagan en forma de ondas electromagnéticas (denominadas, por
ello, ondas hertzianas), y estableció una relación entre los
fenómenos electromagnéticos y los ópticos. Descubrió, también,
el efecto fotoeléctrico producido por los rayos X. De forma casi
simultánea, en concreto en 1897, se obtuvieron las pruebas de la
existencia del electrón. Y a partir de este momento comenzaron a
aparecer las modernas teorías de la electrovalencia y de la
covalencia.
En el último
decenio del siglo XIX se descubrió la radiactividad, y la
estructura atómica pasó a ser uno de los principales objetivos
de la investigación.
Planck
(1858-1947) reflexionó sobre las radiaciones del cuerpo
negro, lo que le llevó a la hipótesis de que la luz se emite
en forma de cuantos o paquetes de la luz, es decir,
supuso la discontinuidad de la energía. Esta teoría cambió
radicalmente toda la física.
Chadwick (1891-1974)
descubrió, en 1932, una nueva partícula elemental, el neutrón,
de masa aproximadamente igual a la del protón, con lo que
confirmaba la sospecha de Rutherford. También descubrió el
tritonio y colaboró en el proyecto de la bomba atómica.
Louis
de Broglie (n. 1892)
completó las hipótesis sobre las ondas de la materia que
acompañan a todas las partículas; hecho que fue el punto de
partida de la mecánica ondulatoria y revolucionó toda la física
moderna.
Albert
Einstein (1879-1955)
revolucionó la Física con sus nuevas concepciones de los entes
fundamentales: tiempo, espacio, masa y energía. Con ello, dio
origen a una nueva mecánica de la que la clásica de Newton es
una aproximación válida para velocidades pequeñas en comparación
con la velocidad de la luz.
En su primera
etapa, Einstein estudió los principios estadísticos de la
Termodinámica, el movimiento browniano y contribuyó al
desarrollo de la Física Cuántica con su teoría cuántica del
efecto fotoeléctrico, la teoría de la electrodinámica de los
cuerpos en movimiento (primera enunciación de los principios de
la relatividad).
En una segunda
etapa, publicó la obra Fundamentos de la Teoría General de la
Relatividad (en 1916), que constituye una generalización de
la relatividad para campos gravitatorios, y es, sin lugar a
dudas, su mayor contribución al pensamiento científico.
En la última
parte de su vida, se dedicó a buscar una teoría que unificase
toda la Física (Teoría del Campo Unificado).
Schrödinger
(1887-1961) desarrolló la mecánica ondulatoria. Su principal
aportación es la ecuación diferencial, que lleva su nombre, de
la mecánica ondulatoria, con sus aplicaciones a la física
atómica.
Heisenberg
(1901-1976) investigó la mecánica de los cuantos y descubrió el
llamado principio de indeterminación. Con posterioridad,
estudió la física nuclear, los rayos cósmicos y el
ferromagnetismo. Introdujo en la física el concepto de la
cuantificación del espacio, y uno de sus más grandes
descubrimientos fue la unificación de los cuatro campos,
conocidos en la física moderna en un campo unitario, cuyas
manifestaciones se rigen por la expresión matemática conocida
como la ecuación de Heisenberg.
Dirac
(1902-1984) dio una nueva formulación de la mecánica cuántica,
partiendo del álgebra conmutativa como base. Dirac formuló, en
1925, una teoría sobre el electrón, en la que asignaba un espín
al electrón y predecía la existencia de una nueva partícula, el
positrón (cuya existencia fue confirmada posteriormente por
Anderson). En 1930 trabajó en la cuantificación del campo
electromagnético. Es también, junto con Fermi, de la estadística
Fermi-Dirac.
En los últimos
años, la investigación se ha dedicado, entre otros aspectos, al
estudio de la estructura de los núcleos y a las partículas que
aparecen en la fisión de tales núcleos, a la explotación
rentable de la fusión nuclear, al fenómeno de la
superconductividad, a la naturaleza de los agujeros negros, etc.
Se está
buscando la obtención de energía procedente de la fusión nuclear
debido a que los residuos que origina no son radiactivos, en
oposición a los procedentes de la fisión nuclear. No obstante,
aunque actualmente ya se ha logrado la fusión de átomos a
pequeña escala, no se ha podido rentabilizar su explotación, a
causa de que se necesita una gran cantidad de energía y aún no
se dispone de confinamientos capaces de resistirla.
La
Superconductividad es la propiedad que poseen ciertos metales de
disminuir bruscamente su resistencia eléctrica cuando se enfrían
a una temperatura menor a la denominada temperatura de
transición. Aunque este fenómeno fue descubierto en 1911 por
Onnes, actualmente se están investigando sus posibles
aplicaciones. A lo largo del siglo XX se han ido descubriendo
más características de los materiales superconductores, así, en
1933, Meisner observó que tenían la propiedad de impedir la
penetración en su interior de los campos magnéticos externos.
Éstos son realmente rechazados si son menores a un cierto valor
crítico, pero si la intensidad magnética supera ese valor
crítico, el campo penetra parcialmente en el interior.
Ya en
1957, Bardeen, Cooper
y Schrieffer
interpretaron la superconductividad de la siguiente manera: en
la temperatura de transición, aparece un estado de mínima
energía para los electrones de la red, los cuales forman pares
acoplados a la vibración de la red metálica.
Los
superconductores se usan para obtener potentes campos magnéticos,
que se consiguen al hacer pasar una corriente eléctrica por
alambres superconductores. Son superconductores el mercurio, el
estaño, el aluminio, el cinc, el uranio, el plomo, etc. La
investigación se está orientando hacia la aplicación de este
tipo de materiales en la electrónica y en la medicina.
El
estudio de la naturaleza de los agujeros negros realizado
por Stephen Hawking (n.
1942) ha sido uno de los grandes descubrimientos de la
actualidad. Hawking ha contribuido, de esta manera, a la
comprensión de la gravedad. Un Agujero negro es una
región de enorme atracción gravitatoria alrededor de un punto
denominado singularidad cuya densidad es tan alta que ni
siquiera la luz puede escapar de él después de traspasar el
horizonte de sucesos (borde del agujero).
