LA FÍSICA MODERNA

Todos conocemos a fondo tal vez, la física clásica como tal, que se nos presenta en el colegio, que nos enseñan en secundaria, pero realmente esta hermosa ciencia tiene ramas que desconocemos y es el caso de la Física moderna.

Empezare con dos conceptos básicos, primeramente definiré lo que es la física como tal. Física: es una de las ciencias naturales que estudia la materia, la energía y las relaciones entre ambas.

Teniendo en cuenta esto, es que el tema a tratar deriva de un tipo de física, antigua o clásica y la denominaremos como una expresión que se refiere a estudios realizados hasta finales del siglo XIX, acerca de la mecánica, la luz, el calor, el sonido, la electricidad y el magnetismo; y es de ésta que se deriva lo que ahora conocemos como física moderna.

En el desarrollo histórico de la física se contemplan tres ideas primordiales:

1.- La idea de orden, desarrollada por Aristóteles, predomino hasta el siglo XVI, es decir, en la antigüedad la ciencia consistía en ordenar las cosas.

2.- La ideas de una causa mecánica surge a partir de Galileo y Newton; aquí la ciencia paso a ser la búsqueda de la causa mecánica de los fenómenos observables. Esta idea predomino en los siglos XVII, XVIII y XIX, ala física basada en ella se le conoce como física clásica.

3.- La idea de un comportamiento probabilístico, se desarrolló a partir del inicio de este siglo y señala como concepto primordial la probabilidad de que la materia, a nivel microscópico, tiene cierto comportamiento. Junto a esta idea se consideran las variaciones de algunas cantidades, cuando las partículas se mueven a velocidades cercanas a la luz. Estas cantidades (longitud, masa, tiempo, etc.) eran invariables en la física clásica.

Con excepción de los fenómenos en el mundo microscópico y el movimiento de partículas a velocidades próximas a la de la luz, la física clásica describe adecuadamente el resto de nuestro mundo físico. Los fenómenos que se estudian en las diferentes ramas de la física se relacionan entre sí, mediante un pequeño número de principios básicos (leyes generales).

Estos principios básicos pueden ser abortados en el estudio del movimiento de los cuerpos y prolongarse después a las demás áreas de la Física. Por ejemplo, los descubrimientos en el campo de la electricidad, produjeron una gran revolución en la transportación terrestre, aérea y marítima.

La física convencional que se conoce, es en este caso la física clásica, y fue así hasta que a principios del siglo XX, un científico llamado Max Planck; quien le surgió la curiosidad de estudiar la energía, planteando una nueva teoría, la cual decía que ésta contenía partículas invisibles; con esta idea cambio totalmente la forma de ver la física clásica como tal; puesto que sus ideas iban en contradicción con las ideas originales de la física, y por ello nace esta nueva rama de la física que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los

comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen, llamada también física cuántica.

La física moderna, se conoce, generalmente, por estudiar los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores.

Con la llegada de la física moderna, surge de una manera progresiva una gran solución a problemas planteados; puesto que con la física clásica lo único que se hacía era dar certezas de lo que ocurriría si… ; en cambio con la física moderna se daban probabilidades más convincentes y posibles soluciones al problema. Aunque esta era una mejor forma para ver todo; era un poco difícil adaptarse a esta nueva forma de pensamiento.

Está claramente establecido que la física moderna, es una consecuencia de la física clásica. Un claro ejemplo es que en 1905, Albert Einstein, realiza una serie de estudios y plantea teorías, una de ellas la de ‘la relatividad ‘y entre otros avances científicos, como el interés de conocer las galaxias del exterior y de la vía láctea; permitieron que años después, con la aparición de la física moderna, basándose en los antiguos conocimientos se puedan originar los nuevos avances tecnológicos ( el televisor, los rayos X, la computadora, etc).

La misión final de la física actual o moderna, es en esencia, comprender la relación que existe entre las fuerzas que rigen la naturaleza tales son la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil.

Otro objetivo claro de la física moderna sería comprender y lograr una teoría de unificación, para así poder entender el universo y a todas sus partículas tan complejas. En sí, se encarga de los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores.

Una vez dada una idea bastante profunda de lo que estudia, este nuevo avance y categoría de la física, nos dedicaremos ahora a explicar un poco en detalle todo el proceso.

Es así que a partir del siglo XX el estudio de la Física, avanzó en gran demasía. En 1911 se descubre la Superconductividad: propiedad de algunos metales que pierden su resistencia eléctrica a temperaturas cercanas al cero, dando paso a originar de nuevos materiales.

Tal como Einstein propuso la dualidad onda-partícula de la luz, en 1927 se prueba que la materia también puede comportarse como partícula y como onda; y todo esto surgió por los antecedentes y conocimientos previos que se tenía de la física clásica donde abundaban grandes científicos como el ya nombrado.

Otro gran avance fue que la Ecuación de Schrödinger, que describe la naturaleza de onda de la materia, es ahora en nuestra era una pieza indispensable en la aplicación de la Mecánica Cuántica.

Como ya vimos también, el campo de la astronomía se trata de una manera más profunda es así que se confirma la expansión del universo. Hasta el primer cuarto del siglo XX, se pensaba que el universo era estático y que en él no ocurría ningún tipo de movimiento ni evolución pues se creía erróneamente que solo podía existir vida en la Tierra, ya que eso nos plantearon

desde la antigüedad y obviamente se pensaba que el Universo, como tal era único, puesto que se basaban en la religiosidad. Dios al crear todo, no significaba que no surgieran cambios y movimiento ajenos a nuestros conocimientos; sin embargo esto no fue comprobable hasta que en 1929, Edwin Hubble demuestra que las galaxias se están alejando unas de otras, lo que significa que el universo se expande; y por lo tanto se mueve; todo esto gracias a la física actual.

Siguiendo con la idea del origen del universo, así también se propone la teoría del Big Bang, que señala que el universo se inició a partir de un evento único, en contraposición a la idea que siempre ha estado ahí. Esto significa que la física moderna no solo actualiza las teorías o las trata de mayor forma, sino que también corrige las teorías erróneas planteadas para beneficio de la humanidad.

Las nuevas teorías que surgen en la década de los años 60, comienzan a estudiar la existencia de partículas elementales de las que está formada la materia; es así como que del nivel atómico se pasa al subatómico, los protones y neutrones están compuestos por “quarks”, una de las familias de partículas, cuyo último integrante, “top”, fue encontrado en 1995; dándonos cuenta lo maravilloso que resulta poder estudiar más a fondo cada conocimiento o idea dejada en el pasado o que no se supo tratar adecuadamente, y que ahora es tan necesaria para los avances de nuestro planeta.

Es así uno de los temas de la física moderna: la estructura atómica; que gracias a la física moderna la teoría que se sostenía sobre la estructura del núcleo atómico parece alcanzar una solución final a principios de la década de los 30, cuando se disponía de una concepción en la que habían 4 interacciones fundamentales de las cuales se cuestionaba mucho, y unas partículas que eran el electrón, el protón y el neutrón, constituyentes de la materia; así como el ‘fotón’ era constituyente de la radiación electromagnética.

La física nos ofrece un sinfín de oportunidades, en cuento a conocer más a fondo los fenómenos que ocurren a nuestro alrededor y que en el pasado fueron ignorados o tratados a la ligera, puesto que no se contaba con la motivación para hacerlo. Esto parece inverosímil pues como vemos en la antigüedad abundaban los llamados ‘genios’ por lo tanto como tales, debían de estar interesados a estudiar canto fenómenos fuera para contribuir al desarrollo de las ciencias; pero es ahora que surge en estas nuevas generaciones, en este nuevo siglo y con el transcurrir del tiempo en forma progresiva que todas las cosas se modernizan y se necesita conocer más.

Es así que la modernización, permite tratar de igual manera el tema de : el efecto fotoeléctrico; el cual fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887, cuando realizaba una exhaustiva observación a el arco que saltaba entre 2 electrones; y se da cuenta que al ser iluminado por la luz ultravioleta alcanza altas distancias; cuando es dejado en a oscuridad. Es así que conocemos un poco más sobre este científico, que actualmente lo familiarizamos rápidamente por su apellido, con la Frecuencia, que se mide en Hertz.

Las aplicaciones de estas teorías modernizadas y mejoradas, pero no en vano útiles; han contribuido a desarrollos tecnológicos en múltiples ámbitos. Por ejemplo, en Comunicaciones surgieron adelantos como la televisión, el radar, la radio FM, el transistor, el computador, el chip, el utilizado G.P.S, entre otras, que nos facilitan la vida en una gran manera; y nos

permite valorar a la física como una forma de vida, al contener tantos beneficios que ignoramos o dejamos de lado, sin saber el verdadero contenido de lo que precisamos actualmente.

En cuanto a la Industria: el disco compacto, usos comerciales del láser, el plástico, la fotocopiadora, entre muchas otras.

La Física Moderna y la clásica van de la mano al hacer aportes importantes en diversas áreas de la ciencia y del quehacer humano como la Medicina. En ésta ciencia, la física nos ofrece un sinnúmero se soluciones y nuevos instrumentos para el tratamiento de algunas enfermedades, tales como son el ultrasonido, la tomografía computacional, el scanner, el láser, la resonancia magnética; etc, con las cuales podemos tener a la mano una cura rápida o n tratamiento riguroso a algún problema, que tal vez en el pasado no se resolvía de otro modo que no fuera con la muerte, pero gracias a la física actualmente el número de víctimas de muerte han disminuido gracias a la rápida detección de las enfermedades graves o leves que las nuevas invenciones pueden detectar a tiempo, dejándonos resultados satisfactorios.

Siguiendo con los temas que trata la física moderna, llegamos así a la Radiactividad Natural, relacionada con el ya nombrado núcleo atómico; pues se pretende estudiar si es o no estable. Para esto se realizaron estudio y se llega a una primera conclusión la cual es que debe existir un equilibrio entre la fuerza fuerte y electrostática. Si el núcleo presenta un exceso de protones o neutrones, no puede ser estable, debido a que en ese caso predomina la fuerza o bien la electrostática.

Así como hablamos de una radiactividad natural, ahora hablaremos de una radiactividad artificial; que es posible generarla mediante un bombardeo de un núcleo con neutrones de alta velocidad, como vemos todo esto puede ser realizado gracias a los grandes avances de la tecnología que cada día nos sorprenden más.

Y por último pero menos importante en el siglo XX, fue retomado el modelo de átomo de ‘Bohr’, quien estableció una serie de postulados pasados en la teoría de Planck y los qe constituyen el modelo Atómico de Bohr; también admitió que hay ciertas orbitas estables en las cuales los electrones pueden girar alrededor del núcleo sin radiar energía. Es por eso que Bohr daba argumentos sobre que cuando a un átomo se le da un poco de energía y los electrones saltan a niveles más electrónicos, como es natural en todo sistema, tiende a tener menor energía posible.

Finalmente resumiré lo ocurrido en las épocas de la física tratadas: la clásica y la moderna, especialmente los modelos:

El modelo de la física clásica fue:

1.- En el Renacimiento se generó un gran desafió total a la concepción que los aristotélicos daban al universo (teoría geocéntrica), encontrándose su máxima expresión en Nicolás Copérnico (1473-1543), quien estableció su teoría heliocéntrica (el Sol en el centro del universo), en la cual al Tierra, junto con los otros planetas, gira alrededor del Sol.

2.- Galileo, sentó las bases de esta “revolución científica” al proponer que todo conocimiento de la naturaleza debería establecerse por la experimentación, reproduciendo el fenómeno de manera controlada (midiéndola y cuantificándola).

3.- Johannes Kepler (1571-1630) demostró que los planetas giran describiendo una elipse y que el sol se encuentra en uno de los focos. A su vez Galileo Galilei (1564-1642) mostró argumentos, con base en las observaciones hechas del Sol, a favor del movimiento de la Tierra.

4.- En este proceso participaron los más grandes talentos de la época, la cual culmina con la formulación de los “Principios Matemáticos de la Filosofía Natural” de Isaac Newton. En esta obra es considerada como un tratado mecánico-matemático, que represento la base para el desarrollo de la estructura de la física y de la ciencia en general. La contemplación Aristotélica cedió su lugar a las causas mecánicas de Newton.

5.- En los trabajos de Newton se llega por inducción, de los casos particulares a las leyes generales, y de estas, por deducción, a casos particulares. Mediante este procedimiento logro establecer la Ley de la Gravitación Universal

El modelo de la física moderna es:

1.- A finales del siglo XIX era una creencia común que todos los fenómenos naturales podían describirse mediante las leyes de Newton, los principios de la Termodinámica y las leyes del electromagnetismo, las cuales de basaban en una concepción mecanista del Universo.

2.- El desarrollo de la Física Moderna se da a partir del inicio del Siglo XX demostrando que la Mecánica Clásica no es siempre aplicable.

3.- El estudio del movimiento de partículas, a velocidades comparables a la de la luz, y la investigación del mundo microscópico de los átomos, electrones, protones, y otras partículas, impulso el desarrollo de algunos campos de la Física Moderna, como son la Relatividad y la Mecánica Cuántica.

4.- La teoría de la Relatividad fue desarrollada por Albert Einstein (1879-1955). A partir de la cual llego a establecer algunas proposiciones teóricas, que fueron demostradas experimentalmente tiempo después.

5.- Una tercera aportación de la teoría de la Relatividad es que la luz se desvía de su trayectoria al pasar junto a cuerpos de gran masa