Ciencias físicas

Las ciencias físicas es la rama de las ciencias naturales que estudia los sistemas no vivos, en contraste con las ciencias de la vida. A su vez tiene muchas ramas, cada una referida a una ciencia específica, como por ejemplo la física,^[1]​ química, astronomía o geología. El término «física» crea una distinción innecesaria, pues muchas ramas de la ciencia física también estudian fenómenos biológicos y las ramas de la química como la química orgánica. Otra definición de ciencias físicas es la siguiente: un trabajo sistemático que construye y organiza el conocimiento en forma de explicaciones comprobables y predicciones sobre el universo.^[2]​^[3]​

Imagen del nuevo orden del cosmos (universo) propuesto por Nicolás Copérnico en el cual la Tierra orbita alrededor del Sol.

Ramas

Física

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La Física explica con un número limitado de leyes las relaciones entre materia y energía del Universo, abarcando desde fenómenos que incluyen partículas subatómicas hasta fenómenos como el nacimiento de una estrella.^[4]​

 

El objetivo de la ciencia es, por una parte, una comprensión, lo más completa posible, de la conexión entre las experiencias de los sentidos en su totalidad y, por otra, la obtención de dicho objetivo usando un número mínimo de conceptos y relaciones primarios.

Albert Einstein^[5]​

Si he logrado ver más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes.

Isaac Newton. (Cita original de Bernardo de Chartres).

La física (del latín physica, y este del griego antiguo φυσικός physikós «natural, relativo a la naturaleza»)^[6]​ es la ciencia natural que estudia los componentes fundamentales del universo, la energía, la materia, la fuerza, el movimiento, el espacio-tiempo, las magnitudes físicas, las propiedades físicas y las interacciones fundamentales.^[7]​ La física es una ciencia básica estrechamente vinculada con las matemáticas y la lógica en la formulación y cuantificación de sus principios y leyes físicas.^[8]​^[9]​^{[cita requerida]}

El alcance de la física es extraordinariamente amplio y puede incluir estudios tan diversos como la mecánica cuántica, la física teórica o la óptica.^[10]​ La física moderna se orienta a una especialización creciente, donde los investigadores tienden a enfocar áreas particulares más que a ser universalistas, como lo fueron Albert Einstein o Lev Landau, que trabajaron en una multiplicidad de áreas.^[11]​^{[cita requerida]}

La física es tal vez la más antigua de todas las disciplinas académicas, ya que la astronomía es una de sus subdisciplinas. También comenzó hace más de dos mil años con los primeros trabajos de filósofos griegos. En los últimos dos milenios, la física fue considerada parte de lo que ahora llamamos filosofía, química y ciertas ramas de las matemáticas y la biología, pero durante la revolución científica en el siglo XVII se convirtió en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física con otras ramas de la ciencia siguen siendo difíciles de distinguir. La formulación de las teorías sobre las leyes que gobiernan el Universo ha sido un objetivo central de la física desde tiempos remotos, con la filosofía del empleo sistemático de experimentos cuantitativos de observación y prueba como fuente de verificación. La clave del desarrollo histórico de la física incluye hitos como la ley de la gravitación universal y la mecánica clásica de Newton, la comprensión de la naturaleza de la electricidad y su relación con el magnetismo de Faraday , la teoría de la relatividad especial y teoría de la relatividad general de Einstein, el desarrollo de la termodinámica con James Prescott Joule y Sadi Carnot y el modelo de la mecánica cuántica a los niveles de la física atómica y subatómica con Louis-Victor de Broglie, Heisenberg y Erwin Schrödinger.^[12]​

Esta disciplina incentiva competencias, métodos y una cultura científica que permiten comprender nuestro mundo físico y viviente, para luego actuar sobre él. Sus procesos cognitivos se han convertido en protagonistas del saber y hacer científico y tecnológico general, ayudando a conocer, teorizar, experimentar y evaluar actos dentro de diversos sistemas, clarificando causa y efecto en numerosos fenómenos. De esta manera, la física contribuye a la conservación y preservación de recursos, facilitando la toma de conciencia y la participación efectiva y sostenida de la sociedad en la resolución de sus propios problemas.^[13]​^{[cita requerida]}

La física es significativa e influyente, no solo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía.^[14]​^{[cita requerida]}

La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros basados en observaciones previas. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico con relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos.^[15]​

La física, en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca desde la descripción de partículas fundamentales microscópicas hasta el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso el poder conocer con una gran probabilidad lo que aconteció en los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.^[16]​

Los avances en física a menudo permiten avances en nuevas tecnologías. Por ejemplo, los avances en la comprensión del electromagnetismo, la física del estado sólido y la física nuclear llevaron directamente al desarrollo de nuevos productos que han transformado drásticamente la sociedad actual, como la televisión , las computadoras , los electrodomésticos y las armas nucleares; los avances en termodinámica llevaron al desarrollo de la industrialización ; y los avances en mecánica inspiraron el desarrollo del cálculo.^[17]​

Química

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Soluciones y sustancias en botellas de reactivos, incluyendo ácido nítrico e hidróxido de amonio, iluminados de diferentes colores

 

Tabla periódica de los elementos químicos moderna actualizada a 2016 por la IUPAC.

La química es la ciencia natural que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia ya sea en forma de elementos, compuestos, mezclas u otras especies, así como los cambios que esta experimenta durante las reacciones y su relación con la energía química.^[18]​ Linus Pauling la define como la ciencia que estudia las sustancias, su estructura (tipos y formas de acomodo de los átomos), sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias en referencia con el tiempo.^[19]​ La química se ocupa principalmente de las agrupaciones supratómicas, como son los gases, las moléculas, los cristales y los metales, estudiando su composición, propiedades estadísticas, transformaciones y reacciones. La química también incluye la comprensión de las propiedades e interacciones de la materia a escala atómica.

La química es llamada a menudo «ciencia central» por su papel de conexión en las otras ciencias naturales, relacionándose con la física por medio de la fisicoquímica, la biología mediante la bioquímica, la astronomía a través de la astroquímica, la geología por vía de la geoquímica, entre otras. La mayoría de los procesos químicos se pueden estudiar directamente en el laboratorio, usando una serie de técnicas a menudo bien establecidas, tanto de manipulación de materiales como de comprensión de los procesos subyacentes. Una aproximación alternativa es la proporcionada por las técnicas de modelado molecular, que extraen conclusiones de modelos computacionales.

La química moderna se desarrolló a partir de la alquimia, una práctica protocientífica de carácter esotérico, pero también experimental, que combinaba elementos de química, física, biología, metalurgia, farmacéutica, entre otras disciplinas. Esta fase termina con la revolución química, con el descubrimiento de los gases por Robert Boyle, la ley de conservación de la materia y la teoría de la combustión por oxígeno postuladas por el científico francés Antoine Lavoisier.^[20]​ La sistematización se hizo patente con la creación de la tabla periódica de los elementos y la introducción de la teoría atómica, cuando los investigadores desarrollaron una comprensión fundamental de los estados de la materia, los iones, los enlaces químicos y las reacciones químicas. Desde la primera mitad del siglo XIX, el desarrollo de la química lleva aparejado la aparición y expansión de una industria química de gran relevancia en la economía y la calidad de vida actuales.

Las disciplinas de la química se agrupan según la clase de materia bajo estudio o el tipo de estudio realizado. Entre estas se encuentran la química inorgánica, que estudia la materia inorgánica; la química orgánica, que estudia la materia orgánica; la bioquímica, que estudia las sustancias existentes en organismos biológicos; la fisicoquímica que comprende los aspectos estructurales y energéticos de sistemas químicos a escalas macroscópica, molecular y atómica, y la química analítica, que analiza muestras de materia y trata de entender su composición y estructura mediante diversos estudios y reacciones.

Astronomía

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Hubble Legacy Field, la imagen más detallada del universo que muestra más de 265 000 galaxias que se remontan a partir de unos 500 millones de años después del Big Bang. Recopila 7 500 fotografías que pesan 250 GB juntas y que fueron hechas por el famoso telescopio espacial Hubble en 16 años de observaciones astronómicas hasta 2019.

 

Impresión artística de la Vía Láctea, la galaxia espiral en la que se encuentra el sistema solar y la Tierra. La estrella más cercana después del Sol es Próxima Centauri a poco más de 4 años luz, la cual alberga en su zona habitable al exoplaneta Próxima Centauri b, y la galaxia más cercana es la Enana del Can Mayor a unos 25 000 años luz, aunque la galaxia de Andrómeda a 2,5 millones de años luz se está acercando y es el objeto más lejano visible a simple vista en un cielo nocturno.

 

Imagen real de un atardecer en Marte capturada por el Mars rover de la misión Curiosity en el cráter de Gale. El Sol se aprecia más pequeño al estar más alejado y el tono azulado se debe al fino polvo de la atmósfera marciana. La exploración de Marte es una de las más desarrolladas y se espera que en un futuro muy cercano sea el primer planeta en el que el ser humano camine fuera de la Tierra. La empresa SpaceX está planeando incluso llevar a cabo la colonización de Marte.

La astronomía (del griego άστρον [ástron] 'estrella' y νομία [nomía] 'normas', leyes de las estrellas)^[21]​ es la ciencia que estudia los cuerpos celestes del universo, incluidos las estrellas, los planetas, sus satélites naturales, los asteroides, cometas y meteoroides, la materia interestelar, las nebulosas, la materia oscura, las galaxias y demás; por lo que también estudia los fenómenos astronómicos ligados a ellos, como las supernovas, los cuásares, los púlsares, la radiación cósmica de fondo, los agujeros negros, entre otros, así como las leyes naturales que las rigen. La astronomía, asimismo, abarca el estudio del origen, desarrollo y destino final del Universo en su conjunto mediante la cosmología, y se relaciona con la física a través de la astrofísica, la química con la astroquímica y la biología con la astrobiología.

Su registro y la investigación de su origen viene a partir de la información que llega de ellos a través de la radiación electromagnética o de cualquier otro medio. La mayoría de la información usada por los astrónomos es recogida por la observación remota, aunque se ha conseguido reproducir, en algunos casos, en laboratorios, la ejecución de fenómenos celestes, como, por ejemplo, la química molecular del medio interestelar. Es una de las pocas ciencias en las que los aficionados aún pueden desempeñar un papel activo, especialmente sobre el descubrimiento y seguimiento de fenómenos como curvas de luz de estrellas variables, descubrimiento de asteroides y cometas, etc.

La astronomía ha estado ligada al ser humano desde la antigüedad y todas las civilizaciones han tenido contacto con esta ciencia. Personajes como Aristóteles, Tales de Mileto, Anaxágoras, Aristarco de Samos, Hiparco de Nicea, Claudio Ptolomeo, Hipatia de Alejandría, Nicolás Copérnico, Tycho Brahe, Johannes Kepler, Galileo Galilei, Christiaan Huygens o Edmund Halley han sido algunos de sus cultivadores. La metodología científica de este campo empezó a desarrollarse a mediados del siglo XVII. Un factor clave fue la introducción del telescopio por Galileo Galilei, que permitió examinar el cielo de la noche más detalladamente. El tratamiento matemático de la Astronomía comenzó con el desarrollo de la mecánica celeste y con las leyes de gravitación por Isaac Newton, aunque ya había sido puesto en marcha por el trabajo anterior de astrónomos como Johannes Kepler. Hacia el siglo XIX, la Astronomía se había desarrollado como una ciencia formal, con la introducción de instrumentos tales como el espectroscopio y la fotografía, que permitieron la continua mejora de telescopios y la creación de observatorios profesionales.^[22]​

Geología

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Provincias geológicas de la Tierra (USGS)

Corteza oceánica (según su edad)      0-20 Ma      20-65 Ma      >65 Ma

Corteza continental      Escudos o cratones antiguos      Plataformas (escudos con cobertera sedimentaria)      Cadenas orogénicas      Cuencas tecto-sedimentarias      Provincias ígneas      Corteza adelgazada (por extensión cortical)

La geología (del griego γῆ /guê/, 'Tierra', y -λογία /-loguía/, 'tratado')^[23]​^[24]​ es la ciencia natural que estudia la composición y estructura tanto interna como superficial del planeta Tierra, y los procesos por los cuales ha ido evolucionando a lo largo del tiempo geológico.^[25]​

La misma comprende un conjunto de geociencias, así conocidas actualmente desde el punto de vista de su pedagogía, desarrollo y aplicación profesional. Ofrece testimonios esenciales para comprender la tectónica de placas, la historia de la vida a través de la paleontología, y cómo fue la evolución de esta, además de los climas del pasado. En la actualidad la geología tiene una importancia fundamental en la exploración de yacimientos minerales (minería) y de hidrocarburos (petróleo y gas natural), y la evaluación de recursos hídricos subterráneos (hidrogeología). También tiene importancia fundamental en la prevención y entendimiento de fenómenos naturales como remoción de masas, en general terremotos, tsunamis, erupciones volcánicas, entre otros. Aporta conocimientos clave en la solución de problemas de contaminación medioambiental, y provee información sobre los cambios climáticos del pasado. Juega también un rol importante en la geotecnia y la ingeniería civil.

La geología incluye ramas como la geofísica, la tectónica, la geología estructural, la estratigrafía, la geología histórica, la hidrogeología, la geomorfología, la petrología y la edafología.

Aunque la minería y las piedras preciosas han sido objeto del interés humano a lo largo de la historia de la civilización, su desarrollo científico dentro de la ciencia de la geología no ocurrió hasta el siglo XVIII. El estudio de la Tierra, en especial la paleontología, floreció en el siglo XIX, y el crecimiento de otras disciplinas, como la geofísica con la teoría de las placas tectónicas en los años 60, que tuvo un impacto sobre las ciencias de la Tierra similar a la teoría de la evolución sobre la biología.

Por extensión, se aplica al estudio del resto de los cuerpos y materia del sistema solar (astrogeología o geología planetaria).

Véase también

• Ciencias naturales
• Ciencias de la Tierra
• Ciencias de la vida

Referencias

1. Burbano García, Burbano de Ercilla, Gracia Muñoz. «Física General». 
2. Wilson, Edward O. (1998). Consilience: The Unity of Knowledge (en inglés) (1st edición). New York: Vintage Books. pp. 49–71. ISBN 0-679-45077-7. 
3. Heilbron, John Lewis, ed. (2003). The Oxford Companion to the History of Modern Science (en inglés). New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-511229-6. 
4. Manzanelli, Lara (2008). Fundamentos de Física, Volumen 2 6a.ed. Cengage Learning. ISBN 978-970-686-863-3. 
5. Serway, Raymond A. (2008). Fundamentos de Física, Volumen 2 6a.ed. Cengage Learning. ISBN 978-970-686-863-3. 
6. «Definición de físico, ca». Diccionario de la lengua española. RAE. Consultado el 14 de noviembre de 2018. 
7. Manzanelli, Lara (2010). «Medidas y vectores». En W. H. FREEMAN AND COMPANY, New York and Basingstoke, ed. Física para la ciencia y la tecnología. 08029 Barcelona. ESPAÑA: Reverté. p. p.1. ISBN 978-84-291-4421-5. 
8. Jackson, Tom (2016). Física. Una historia ilustrada de los fundamentos de la ciencia. Librero. p. 8-9. ISBN 978-90-8998-656-6. 
9. Tipler Paul A. (1995). Física. España- Barcelona: Editorial Reverté, S. A. 
10. Serway Raimond, Faunghn Jerry (2005). Física - Sexta Edición. Thompson. ISBN 970-686-377-X. 
11. Serway R. A y Jewett J. W. Jr (2009). Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna. México D. F: Cengage Learning, Inc. 
12. Hecht, Eugene (1980). Física en Perspectiva. Addison - Wesley Iberoamericana. ISBN 0-201-64015-5. 
13. Young Hugh D. y Freedman Roger A. (2009). Física universitaria con Física moderna. México: Pearson Educación, S.A. ISBN 978-607-442-304-4. 
14. Rooney, Anne (2013). «1». De la filosofía natural al enigma de la materia oscura. La historia de la Física. México, D.F.: Grupo Editorial Tomo. ISBN 978-607-415-473-3. 
15. Hewitt, Paul (1995). «A cerca de la ciencia». Física Conceptual - Segunda Edición. Addison - Wesley Iberoamericana. ISBN 0-201-62595-4. 
16. «Discurso sobre la física experimental natural». 
17. Young y Freedman, 2014, p. 2 "La física es una ciencia experimental. Los físicos observan los fenómenos de la naturaleza y tratan de encontrar patrones que relacionen estos fenómenos."
18. [1]
19. [2]
20. [3]
21. Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española. «astronomía». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). 
22. Peru21, Redacción (25 de abril de 2020). «Astronomía en cuarentena». Peru21. Consultado el 26 de abril de 2020. 
23. Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española. «geo-». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). 
24. Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española. «-logía». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). 
25. Piera, Juan Vilanova y (1876). La creacion: historia natural, escrita por una sociedad de naturalistas. Montaner y Simon. Consultado el 11 de febrero de 2018. 

•   Datos: Q14632398
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