¿Qué es la historia de la física?
La historia de la física es el trayecto que el ser humano ha recorrido para explicar los fenómenos físicos naturales que a lo largo del tiempo ha observado. Este recorrido se remonta a la Antigüedad, donde los filósofos de la Grecia clásica se dedicaron al estudio del funcionamiento del universo. Muchos partieron desde la observación, como la herramienta que podía llevarlos a comprender las leyes que rigen el mundo.
Los movimientos de la Tierra, los astros y tratar de descubrir el origen de la materia, fueron varios de los puntos principales de investigación. También, muchos de estos razonamientos sirvieron para el desarrollo de la mecánica.
Historia de la física: antigua Grecia
Filósofos como Leucipo y Demócrito propusieron que la materia estaba conformada por átomos, partículas más pequeñas e indivisibles. Por su parte, Aristarco de Samos fue el primero en discernir que la Tierra giraba alrededor del Sol, haciendo el primer modelo heliocéntrico del sistema solar, un plano astronómico que situaba al Sol en el centro en vez de la Tierra, como solía pensarse.
Aristóteles argumentó la importancia de los cuatro elementos (aire, tierra, agua y fuego) en el proceso de formación de la materia. También planteó que todo aquello que se mueve es impulsado por un motor interno o externo.
Otros personajes relevantes, como Arquímedes de Siracusa, en el siglo III, hicieron aportes en el estudio de la mecánica, elaboró las bases de la hidrostática y la estática.
Igualmente creó un sistema de poleas para reducir el esfuerzo al elevar pesos. Hiparco de Nicea logró crear un mapa del movimiento de los astros mediante la geometría, lo que permitió detectar sucesos astronómicos como eclipses.
Muchos estudios de la Antigüedad fueron traducidos al árabe, en tiempos de la caída del Imperio romano. Gran parte del legado griego fue recuperado por el mundo islámico, lo que permitió que en esta comunidad también se efectuaran ciertos desarrollos. Algunos investigadores son:
- Omar Khayyám (1048-1131), calculó la longitud de un año solar y propuso un modelo de calendario 500 años antes del calendario gregoriano actual.
- Avempace (1085-1138), uno de los principales precursores de la tercera ley de Newton, propuso que para cada fuerza empleada hay una fuerza de reacción. También se interesó por la velocidad y fue gran comentarista de los trabajos aristotélicos.
- Nasir al-Din al-Tusi (1201-1274), describió en su trabajo el movimiento circular de los planetas sobre sus órbitas.
Historia de la física: Edad Media
Todo el conocimiento que se podía heredar del período anterior a la Edad Media fue tomado de primera mano por los miembros de la iglesia. El ámbito académico se limitaba a la copia de manuscritos de la iglesia. Sin embargo, posteriormente habría un choque debido a conflictos de fe.
El dilema de los cristianos por la traducción y aceptación de textos de origen “pagano” provenientes del mundo islámico, originó cierta aversión hasta la llegada de Tomás de Aquino, quien logró integrar el conocimiento aristotélico y gran parte de la filosofía griega, al cristianismo.
Historia de la física: Renacimiento y Revolución científica
El interés por el conocimiento de los antiguos continuó durante el Renacimiento, pero estrechamente ligado a la religión, un aspecto que trajo diversas consecuencias en cuanto a nuevos descubrimientos. Cualquier cosa que se opusiese al pensamiento aristotélico o a la iglesia, podría ser condenado.
Tal fue el caso de Nicolás Copérnico en el siglo XVI, cuando afirmó que la Tierra y los demás planetas giraban alrededor del Sol. Esto inmediatamente fue calificado como herejía. Según las creencias cristianas, la Tierra era estacionaria y se hallaba en el centro del universo.
El trabajo de Copérnico sería publicado justo antes de su muerte en 1543, basándose en el modelo heliocéntrico del sistema solar desarrollado por Aristarco de Samos. La idea del movimiento de la Tierra fue tan revolucionaria que daría paso al desarrollo del pensamiento científico en los siguientes siglos.
Galileo Galilei también formó parte de quienes se oponían a la rígida mentalidad impuesta por la iglesia. De esta forma, y tomando como referencia los trabajos de Copérnico, luego de construir su propio telescopio, logró descubrir nuevos elementos dentro del sistema solar: la superficie montañosa de la Luna, las lunas de Júpiter y las fases de Venus.
El aprecio de Galileo por los estudios de Copérnico y sus nuevos hallazgos provocaron que la Inquisición lo condenara a arresto domiciliario a los 68 años. Sin embargo, continuó sus trabajos desde casa y fue uno de los mayores representantes del desarrollo de la física moderna.
Historia de la física: el método científico de René Descartes
René Descartes fue uno de los principales personajes que marcan el inicio del método científico en el siglo XVII. Es conocido por el desarrollo del reduccionismo, un método de estudio que consiste en descomponer un problema en sus diversas partes para analizar cada una de forma independiente, y así comprender el fenómeno o problema en su totalidad.
Descartes afirmaba que la única forma de entender los principios de la naturaleza era a través de la razón y el análisis matemático.
Historia de la física: la mecánica
Otro de los grandes pasos fundamentales para el desarrollo de la física fue el estudio de la mecánica. Isaac Newton es uno de los más influyentes en este ámbito.
Su teoría de la gravitación, en su Mathematical Principles of Natural Philosophy de 1687, explica cómo la masa es atraída por otra masa a través de una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que hay entre estas. Fuerza conocida como “gravedad”, presente en todo el universo.
Las tres leyes de Newton son en la actualidad los aportes más reconocidos:
- Primera ley. Establece que un cuerpo no puede alterar su movimiento a menos que otro cuerpo actúe sobre él.
- Segunda ley. Conocida como “ley fundamental”, afirma que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo.
- Tercera ley. Principio de acción y reacción, estableciendo que “si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, este realiza sobre A otra acción igual y en sentido contrario sobre B”.
Historia de la física: estudios del calor
Tras invenciones como la máquina de vapor de Thomas Newcomen (1663-1729), los estudios de la física comenzaron a enfocarse en el calor. Se comenzó a relacionar el calor con la fuerza de trabajo, a través de mecanismos como las ruedas de agua.
Posteriormente, el estadounidense e inventor Benjamin Thompson, conocido como conde Rumford, notó la relación entre el trabajo y el calor, tras observar cómo se calentaba la superficie de un cañón al ser perforada al momento de construirlo.
Más tarde, el físico británico James Prescott Joule (1818-1889) lograría establecer una equivalencia matemática entre el trabajo y el calor. Además, descubrió lo que se conoce como ley de Joule, que relaciona el calor generado por la corriente a través de un conductor, la resistencia del conductor, la misma corriente y su tiempo de emisión.
Este descubrimiento permitió sentar las bases para las leyes de la termodinámica, que estudia el efecto del calor y la temperatura en relación con la fuerza de trabajo, la radiación y la materia.
Historia de la física: teoría de la electricidad y el electromagnetismo
Durante el siglo XVIII la investigación sobre electricidad y magnetismo fue otro gran punto de estudio para la física. Entre los hallazgos destaca la sugerencia del filósofo y estadista Francis Bacon, acerca de que la carga eléctrica posee dos vertientes, una positiva y una negativa, que al ser iguales chocan, y al ser distintas, se atraen.
Bacon también desarrolló un nuevo método de estudio en Novum Organum, donde especificaba determinados pasos para la investigación basada en el empirismo, es decir, los estudios realizados mediante la experiencia:
-La descripción de los fenómenos.
-La clasificación de los hechos en tres categorías o tablas: primero, las circunstancias dadas a la hora de realizar el experimento; segundo, las circunstancias ausentes, momentos en los cuales no se presenta el fenómeno; tercero, las variables presentes en diferentes niveles o grados de intensidad.
-Tabla de rechazo de aquellos resultados que no se vinculen con el fenómeno y la determinación de lo que sí esté relacionado con él.
Otro experimentalista determinante en este campo fue el británico Michael Faraday (1791-1867). En 1831 hizo su descubrimiento a través de las corrientes inducidas. Experimentó con un circuito de alambre cuya corriente se mantenía si este estaba en movimiento cerca de un imán, o en caso contrario, si el imán estaba en movimiento cerca del circuito. Esto sentaría las bases de la generación de electricidad por procedimientos mecánicos.
Por su parte, James Clerk Maxwell hizo un aporte fundamental con la teoría electromagnética, definiendo que la luz, la electricidad y el magnetismo forman parte de un mismo campo, denominado “campo electromagnético”, donde permanecen en movimiento y a su vez son capaces de emitir ondas transversales de energía. Posteriormente esta teoría figuraría como referencia importante para los estudios de Einstein.
Física moderna en la historia de la física
Posterior al hallazgo de las partículas subatómicas, electrones, protones y neutrones y la teoría electromagnética, la entrada al siglo XX estaría igualmente compuesta por teorías relevantes para la contemporaneidad. Es así como entre las figuras más destacadas de esta época se encuentra Albert Einstein.
Los estudios de Einstein demostraron la relatividad existente a la hora de medir la velocidad y su relación con el tiempo, el espacio y el observante. Para el tiempo de Einstein, la velocidad de un objeto solía ser medida solo en relación con la velocidad de otro objeto.
La teoría de la relatividad especial de Einstein revolucionó el concepto de espacio-tiempo que existía hasta ese momento, publicada en 1905. Esta determinó que la velocidad de la luz en el vacío era independiente del movimiento de un observador, es decir, que esta permanece constante y que la percepción del espacio-tiempo es relativa para cada observador.
De esta forma, un acontecimiento que ocurre en dos partes, de forma simultánea, puede ser percibido de forma distinta por dos observadores que estén en dos lugares diferentes. La ley sugiere que si una persona pudiese moverse a una alta velocidad, la percepción del espacio-tiempo sería distinta a la de una persona en reposo y que nada es capaz de igualar la velocidad de la luz.
En cuanto a la teoría de la relatividad general, publicada en 1915, explica que los objetos de volúmenes grandes como los planetas son capaces de doblar el espacio-tiempo. Dicha curvatura es conocida como gravedad y es capaz de atraer los cuerpos hacia ellos.
Historia de la física: mecánica cuántica
Por último, entre los campos de estudio más recientes y significativos resalta la mecánica cuántica, enfocada en el estudio de la naturaleza a niveles atómicos y subatómicos y su relación con la radiación electromagnética. Se fundamenta en lo observable a través de la liberación de las diferentes formas de energía.
En este ámbito destaca Max Planck, conocido como el padre de la teoría cuántica. Descubrió que la radiación se emite en pequeñas cantidades de partículas, denominadas “cuantos”.
Posteriormente descubrió la ley de Planck, que determinaba la radiación electromagnética de un cuerpo a cierta temperatura. Esta teoría fue desarrollada a inicios del siglo XX, casi a la par con las teorías de Einstein.
Referencias
- Slavin, A. A Brief History and Philosophy of Physic. Recuperado de trentu.ca.
- Baconian method. Recuperado de britannica.com.
- History of physics. Recuperado de en.wikipedia.org.
- La Teoría de la Relatividad de Einstein explicada en cuatro simples pasos. Recuperado de nationalgeographic.es.
- Challoner, J. La historia de la ciencia: Un relato ilustrado. Recuperado de books.google.co.ve.