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Historia de la física

La historia de la física abarca los esfuerzos y estudios realizados por las personas que han tratado de entender el porqué de la naturaleza y los fenómenos que en ella se observan: el paso de las estaciones, el movimiento de los cuerpos y de los astros, los fenómenos climáticos, las propiedades de los materiales, entre otros. Gracias a su vasto alcance y a su extensa historia, la física es clasificada como una ciencia fundamental. Esta disciplina científica se puede dedicar a describir las partículas más pequeñas o a explicar cómo nace una luna.

La mayoría de las civilizaciones de la antigüedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su entorno; miraban las estrellas y pensaban cómo ellas podían regir su mundo. Esto llevó a muchas interpretaciones de carácter más filosófico que físico; no en vano en esos momentos a la física se le llamaba filosofía natural. Muchos filósofos se encuentran en el desarrollo primitivo de la física, como Aristóteles, Tales de Mileto o Demócrito, ya que fueron los primeros en tratar de buscar algún tipo de explicación a los fenómenos que les rodeaban.[1]​ Las primeras explicaciones que aparecieron en la antigüedad se basaban en consideraciones puramente filosóficas, sin verificarse experimentalmente. Algunas interpretaciones equivocadas, como la hecha por Claudio Ptolomeo en su famoso Almagesto —«La Tierra está en el centro del Universo y alrededor de ella giran los astros»— perduraron durante miles de años. A pesar de que las teorías descriptivas del universo que dejaron estos pensadores eran erradas en sus conclusiones, estas tuvieron validez por mucho tiempo, casi dos mil años, en parte por la aceptación de la Iglesia católica de varios de sus preceptos, como la teoría geocéntrica.[2]

Dominios básicos de la física.

Esta etapa, denominada oscurantismo en la ciencia de Europa, termina cuando el canónigo y científico Nicolás Copérnico, quien es considerado padre de la astronomía moderna, recibe en 1543 la primera copia de su libro, titulado De Revolutionibus Orbium Coelestium. A pesar de que Copérnico fue el primero en formular teorías plausibles, es otro personaje al cual se le considera el padre de la física como la conocemos ahora. Un catedrático de matemáticas de la Universidad de Pisa a finales del siglo XVI cambiaría la historia de la ciencia, empleando por primera vez experimentos para comprobar sus afirmaciones: Galileo Galilei. Mediante el uso del telescopio para observar el firmamento y sus trabajos en planos inclinados, Galileo empleó por primera vez el método científico y llegó a conclusiones capaces de ser verificadas. A sus trabajos se les unieron grandes contribuciones por parte de otros científicos como Johannes Kepler, Blaise Pascal y Christian Huygens.[2]

Posteriormente, en el siglo XVII, un científico inglés reunió las ideas de Galileo y Kepler en un solo trabajo, unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en la Tierra en lo que él llamó gravedad. En 1687, Isaac Newton formuló, en su obra titulada Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, los tres principios del movimiento y una cuarta ley de la gravitación universal, que transformaron por completo el mundo físico; todos los fenómenos podían ser vistos de una manera mecánica.[3]

Dios no juega a los dados con el Universo.
Einstein, deje de decirle a Dios lo que tiene que hacer con sus dados.

El trabajo de Newton en este campo perdura hasta la actualidad, ya que todos los fenómenos macroscópicos pueden ser descritos de acuerdo a sus tres leyes. Por eso durante el resto de ese siglo y en el posterior, el siglo XVIII, todas las investigaciones se basaron en sus ideas. De ahí que se desarrollaron otras disciplinas como la termodinámica, la óptica, la mecánica de fluidos y la mecánica estadística. Los conocidos trabajos de Daniel Bernoulli, Robert Boyle y Robert Hooke, entre otros, pertenecen a esta época.[4]

En el siglo XIX se produjeron avances fundamentales en la electricidad y el magnetismo, principalmente de la mano de Charles-Augustin de Coulomb, Luigi Galvani, Michael Faraday y Georg Simon Ohm, que culminaron en el trabajo de James Clerk Maxwell en 1855, que logró la unificación de ambas ramas en el llamado electromagnetismo. Además, se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad y el descubrimiento del electrón por parte de Joseph John Thomson en 1897.[5]

Durante el siglo XX, la física se desarrolló plenamente. En 1904, Hantarō Nagaoka había propuesto el primer modelo del átomo,[6]​ el cual fue confirmado en parte por Ernest Rutherford en 1911, aunque ambos planteamientos serían después sustituidos por el modelo atómico de Bohr, de 1913. En 1905, Einstein formuló la teoría de la relatividad especial, la cual coincide con las leyes de Newton al decir que los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 extendió la teoría de la relatividad especial, formulando la teoría de la relatividad general, la cual sustituye a la ley de gravitación de Newton y la comprende en los casos de masas pequeñas. Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr y otros, desarrollaron la teoría cuántica, a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos. En 1911, Ernest Rutherford dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersión de partículas. En 1925 Werner Heisenberg, y en 1926 Erwin Schrödinger y Paul Adrien Maurice Dirac, formularon la mecánica cuántica, la cual comprende las teorías cuánticas precedentes y suministra las herramientas teóricas para la Física de la materia condensada.[7]

Posteriormente se formuló la teoría cuántica de campos, para extender la mecánica cuántica de acuerdo con la Teoría de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de la década de 1940, gracias al trabajo de Richard Feynman, Julian Schwinger, Shin'ichirō Tomonaga y Freeman Dyson, los cuales formularon la teoría de la electrodinámica cuántica. Esta teoría formó la base para el desarrollo de la física de partículas. En 1954, Chen Ning Yang y Robert Mills desarrollaron las bases del modelo estándar. Este modelo se completó en los años 1970, y con él fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente, pero que fueron descubiertas sucesivamente, siendo la última de ellas el quark top.[7]

Los intentos de unificar las cuatro interacciones fundamentales han llevado a los físicos a nuevos campos impensables. Las dos teorías más aceptadas, la mecánica cuántica y la relatividad general, que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micromundo, parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista. Por eso se han formulado nuevas teorías, como la supergravedad o la teoría de cuerdas, donde se centran las investigaciones a inicios del siglo XXI. Esta ciencia no desarrolla únicamente teorías, también es una disciplina de experimentación. Sus hallazgos, por lo tanto, pueden ser comprobados a través de experimentos. Además, sus teorías permiten establecer previsiones sobre pruebas que se desarrollen en el futuro.

Por etapa

Física antigua

Empédocles demostró la existencia del aire mediante un artilugio que recibió el nombre de clepsidra, una esfera de cobre que se llenaba de agua cuando se sumergía en dicho líquido y que se caracterizaba porque tenía agujeros en el fondo y un cuello abierto.

Aristóteles desarrolló la física aristotélica que habría de dominar a todo Occidente durante casi 2000 años.

Física aristotélica

 
Detalle del fresco de la escuela de Aristóteles por Gustav Adolph Spangenberg (1828-1891).
La física aristotélica es el conjunto de las tesis filosóficas y cosmológicas e hipótesis físicas y astronómicas desarrolladas por Aristóteles y sus seguidores. Estas teorías comprendieron los cuatro elementos, el éter, el movimiento, las cuatro causas, las esferas celestes, el geocentrismo, etc. Las principales obras de Aristóteles en donde desarrolla sus ideas físicas son: la Física, Sobre el cielo y Acerca de la generación y la corrupción. Los principios fundamentales de su física son:
  1. Lugares naturales: cada elemento querría estar en una posición distinta relativa al centro de la Tierra, que también es el centro del universo.
  2. Relación entre la velocidad y la densidad: la velocidad es inversamente proporcional a la densidad del medio.
  3. Gravedad/levedad: para lograr esta posición, los objetos sienten una fuerza hacia arriba o hacia abajo.
  4. Movimiento rectilíneo: un movimiento como respuesta a esta fuerza es en una línea recta a una velocidad constante.
  5. Movimiento circular: los planetas se mueven en un movimiento circular perfecto.
  6. El tiempo: el ahora, el antes y el después relacionado con el movimiento y el espacio.
  7. Negación del vacío: el movimiento en un vacío es infinitamente rápido.
  8. El éter: todos los puntos del espacio están llenos con materia.
  9. Teoría del continuo: si existieran los átomos esféricos habría un vacío entre ellos, por lo que la materia no puede ser atómica.
  10. Quintaesencia: los objetos por encima del mundo sublunar no están formados de materia terrenal.
  11. Cosmos incorruptible y eterno: el Sol y los planetas son esferas perfectas, y no cambian.
  12. Motor inmóvil: causa primera del movimiento de la primera esfera celeste y todo el universo.
El reinado de la física aristotélica, la teoría especulativa de la física más antigua conocida, duró casi dos milenios. No obstante, hubo muy pocas referencias explícitas a experimentos en física aristotélica[8]​ y Aristóteles llegó a varias conclusiones no mediante experimentos y observaciones, sino mediante argumentos lógicos.[9]​ Después del trabajo de muchos pioneros como Copérnico, Tycho Brahe, Galileo, Descartes y Newton, se aceptó generalmente que la física aristotélica no era correcta ni viable.[10]​ Una opinión contraria está dada por Carlo Rovelli, que sostiene que la física de Aristóteles es correcta dentro de su dominio de validez, el de los objetos del campo gravitatorio de la Tierra sumergidos en un fluido tal como aire.[8]

Física en el mundo islámico medieval

 
Manuscrito de Ibn Sahl, describiendo las leyes de refracción de la luz

Las ciencias naturales experimentaron un notable avance en la Edad de Oro del islam (entre los siglos VIII y XIII, aproximadamente). En ese periodo los científicos musulmanes introdujeron diversas innovaciones y rescataron textos clásicos griegos (como las obras de Aristóteles, Tolomeo o Euclides).[11]​ Durante este período, la teología islámica todavía promovía la búsqueda de conocimiento, juzgando que el espíritu de la ciencia no está en contradicción con los aspectos religiosos.[12]​ Algunos pensadores musulmanes de este período fueron Al-Farabi, Abu Bishr Matta, Ibn Sina, al-Hassan Ibn al-Haytham y Ibn Bajjah.[13]​ Los trabajos de estos autores y los importantes comentarios sobre ellos impulsaron de manera notable la reflexión científica durante el período medieval. La traducción de clásicos grecolatinos al árabe clásico, la lingua franca del período tuvo importantes consecuencias para la ciencia islámica y europea.

La ciencia medieval islámica adoptó la física aristotélica de los griegos y la desarrolló con nuevas observaciones. Sin embargo, en el mundo islámico se apreció la posibilidad de expandir el conocimiento a partir de la observación empírica, y creían que el universo estaba gobernado por un conjunto único de leyes universales. El uso de observaciones empíricas les condujo a la formulación de una forma cruda de método científico.[14]

El estudio de la física en el mundo islámico empezó en Irak y Egipto.[15]​ Los campos de la física estudiados en ese período incluyen la óptica, la mecánica (incluyendo la estática, la dinámica, la cinemática, la física del movimiento y la astronomía).

Física clásica

Siglo XVII: revolución científica

En el siglo XVI nacieron algunos personajes como Copérnico, Stevin, Cardano, Gilbert, Brahe, pero fue Galileo quien, a principios del siglo XVII, impulsó el empleo sistemático de la verificación experimental y la formulación matemática de las leyes físicas. Galileo descubrió la ley de la caída de los cuerpos y del péndulo, se lo puede considerar como el creador de la mecánica, también hizo las bases de la hidrodinámica, cuyo estudio fue continuado por su discípulo Torricelli que fue el inventor del barómetro (año 1643), el instrumento que más tarde utilizó Pascal para determinar la presión atmosférica. Pascal precisó el concepto de presión en el seno de un líquido y enunció el teorema de transmisión de las presiones. Boyle formuló la ley de la compresión de los gases (ley de Boyle-Mariotte).

En 1687 Newton publicó los Philosophiæ naturalis principia mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural), una obra en la que se describen las leyes clásicas de la dinámica conocidas como las leyes de Newton y la ley de la gravitación universal de Newton. El primer grupo de leyes permitía explicar la dinámica de los cuerpos y hacer predicciones del movimiento y equilibrio de cuerpos, la segunda ley permitía demostrar las leyes de Kepler del movimiento de los planetas y explicar la gravedad terrestre (de aquí el nombre de gravedad universal). En esta época se puso de manifiesto uno de los principios básicos de la física, las leyes de la física son las mismas en cualquier punto del Universo. El desarrollo por Newton y Leibniz del cálculo infinitesimal proporcionó las herramientas matemáticas para el desarrollo de la física como ciencia capaz de realizar predicciones. En esta época desarrollaron sus trabajos físicos como Robert Hooke y Christian Huygens estudiando las propiedades básicas de la materia y de la luz. Luego los científicos ingleses William Wurts y Charles Demiano profundizaron el estudio de las causas de las leyes de Newton, es decir la gravedad.

En óptica, René Descartes estableció la ley de la refracción de la luz, formuló una teoría del arco iris y estudió los espejos esféricos y las lentes. Fermat enunció el principio de la óptica geométrica que lleva su nombre, y Huygens, a quien también se le deben importantes contribuciones a la mecánica, descubrió la polarización de la luz, en oposición a Newton, para quién la luz es una radiación corpuscular, propuso la teoría ondulatoria de la luz. Hooke estudió las franjas coloreadas que se forman cuando la luz atraviesa una lámina delgada; también, estableció la proporcionalidad.

A finales del siglo XVII la física comienza a influir en el desarrollo tecnológico permitiendo a su vez el avance más rápido de esta.

El desarrollo instrumental (telescopios, microscopios y otros instrumentos) y el desarrollo de experimentos cada vez más sofisticados permitieron obtener grandes éxitos como la medida de la masa de la Tierra en el experimento de la balanza de torsión.

También aparecen las primeras sociedades científicas como la Royal Society en Londres en 1660 y la Académie des sciences en París en 1666 como instrumentos de comunicación e intercambio científico, teniendo en los primeros tiempos de ambas sociedades un papel prominente las ciencias físicas.

Siglo XVIII: termodinámica y óptica

 
El experimento de Young sirvió para demostrar sin lugar a dudas de que la luz era algún tipo de onda.

A partir del siglo XVIII Boyle y Young desarrollaron la termodinámica. En 1733 Bernoulli usó argumentos estadísticos, junto con la mecánica clásica, para extraer resultados de la termodinámica, iniciando la mecánica estadística. En 1798 Thompson demostró la conversión del trabajo mecánico en calor y en 1847 Joule formuló la ley de conservación de la energía.

En el campo de la óptica el siglo XVIII comenzó con la teoría corpuscular de la luz de Newton expuesta en su obra Opticks. Aunque las leyes básicas de la óptica geométrica habían sido descubiertas algunas décadas antes, el siglo XVIII fue bueno en avances técnicos en este campo produciéndose las primeras lentes acromáticas, midiéndose por primera vez la velocidad de la luz y descubriendo la naturaleza espectral de la luz. El siglo concluyó con el célebre experimento de Young de 1801 en el que se ponía de manifiesto la interferencia de la luz demostrando la naturaleza ondulatoria de ésta.

Siglo XIX: electromagnetismo y estructura atómica

 
La noción teórica de campo de fuerzas fue un desarrollo teórico del siglo XIX que fue crucial para la comprensión de los fenómenos electromagnéticos, en la figura esquema de líneas de líneas de campo magnético alrededor de un imán.

La investigación física de la primera mitad del siglo XIX estuvo dominada por el estudio de los fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Coulomb, Luigi Galvani, Faraday, Ohm y muchos otros físicos famosos estudiaron los fenómenos dispares y contraintuitivos que se asocian a este campo. En 1855 Maxwell unificó las leyes conocidas sobre el comportamiento de la electricidad y el magnetismo en una sola teoría con un marco matemático común mostrando la naturaleza unida del electromagnetismo. Los trabajos de Maxwell en el electromagnetismo se consideran frecuentemente equiparables a los descubrimientos de Newton sobre la gravitación universal y se resumen con las conocidas, ecuaciones de Maxwell, un conjunto de cuatro ecuaciones capaz de predecir y explicar todos los fenómenos electromagnéticos clásicos. Una de las predicciones de esta teoría era que la luz es una onda electromagnética. Este descubrimiento de Maxwell proporcionaría la posibilidad del desarrollo de la radio unas décadas más tarde por Heinrich Hertz en 1888.

En 1895 Roentgen descubrió los rayos X, ondas electromagnéticas de frecuencias muy altas. Casi simultáneamente, Henri Becquerel descubría la radioactividad en 1896. Este campo se desarrolló rápidamente con los trabajos posteriores de Pierre Curie, Marie Curie y muchos otros, dando comienzo a la física nuclear y al comienzo de la estructura microscópica de la materia.

En 1897 Thomson descubrió el electrón, la partícula elemental que transporta la corriente en los circuitos eléctricos proponiendo en 1904 un primer modelo simplificado del átomo.

Física moderna

 
La mecánica cuántica reintrodujo de nuevo el indeterminismo en la física, al introducir elementos de incertidumbre y probabilidad en la teoría física. Simplificadamente una partícula subatómica estable se puede describir por una función de onda a partir de la cual pueden calcularse las probabilidades de mediciones experimentales sobre la partícula. En la figura un esquema de una partícula encerrada en una caja bidimensional. Las líneas de nivel sobre el plano inferior están relacionadas con la probabilidad de presencia.

La física moderna comienza entre a finales del siglo XIX y a principios del siglo XX. La física moderna se refiere a los desarrollos dentro de los enfoques relativista (teoría de la relatividad) y cuántico (física cuántica). Aunque también durante el siglo XX se hicieron avances en otros campos de la física clásica, como la teoría del caos.

Aunque se han realizado experimentos de física moderna con anterioridad, se considera como punto de inicio de la física moderna el año 1900, cuando el alemán Max Planck propone la idea del «cuanto de acción». Planck propuso la idea de que la energía se dividía en unidades indivisibles, y que ésta no era continua como decía la física clásica; es decir, que todos los niveles de energía posibles son múltiplos de un nivel de energía mínimo llamado cuanto. Por ello nace esta nueva rama de la física, que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los comportamientos de estas partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. 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.[16]​ Los temas anteriormente tratados de la física clásica no servían para resolver los problemas presentados, ya que estos se basan en certezas y la física moderna en probabilidades, lo que provocó dificultades para adaptarse a las nuevas ideas.

Uno de los enfoques de la física actual es comprender la relación entre las fuerzas que rigen la naturaleza, la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Comprender y lograr una teoría de unificación, para así poder entender el universo y sus partículas.[16]

La física moderna se suele dividir en dos ramas principales, la mecánica cuántica, útil para abordar temas como la física nuclear, atómica o molecular, y la teoría de la relatividad, útil para abordar temas como la cosmología.[17]

Por área

Energía

La palabra energía se deriva del griego ἐνέργεια (energeia), que aparece por primera vez en la obra Ética nicomáquea[18]​ del siglo IV antes de Cristo.

 
Thomas Young - el primero en utilizar el término "energía" en el sentido moderno.

El concepto de energía surgió de la idea de la vis viva (fuerza viva), que Leibniz define como el producto de la masa de un objeto y su velocidad al cuadrado; él creía que el total de la vis viva (fuerza viva) se conservaba. Para demostrar la desaceleración debido a la fricción, Leibniz afirmó que el calor consistía en el movimiento aleatorio de las partes constituyentes de la materia - una opinión compartida por Isaac Newton, aunque pasaría más de un siglo para que esto fuese generalmente aceptado.

En su libro Institutions de Physique (Lecciones de física) publicado en 1740 por Émilie marquesa de Châtelet incorpora la idea de Leibniz con observaciones prácticas de Gravesande para demostrar que la "cantidad de movimiento" de un objeto en movimiento es proporcional a su masa y al cuadrado de su velocidad (no la velocidad como Newton la demostró, lo que más tarde se llamó momentum).

En 1802 en una conferencia de Royal Society, Thomas Young fue el primero en utilizar el término "energía" en su sentido moderno, en lugar de vis viva.[19]​ En 1807 en una publicación de estas conferencias lo escribió.[aclaración requerida]

En 1829 Gustave-Gaspard Coriolis describió "energía cinetica" en su sentido moderno, y en 1853, William Rankine acuño el término "energía potencial."

Se argumentó durante algunos años si la energía era una sustancia (Teoría calórica) o simplemente una cantidad física.

Termodinámica

 
El 1698 Savery Motor — primera máquina de vapor comercialmente útil del mundo. Construido por Thomas Savery

La historia de la termodinámica es una pieza fundamental en la historia de la física, la historia de la química, y la historia de la ciencia en general. Debido a la relevancia de la termodinámica en muchas áreas de la ciencia y la tecnología, su historia está finamente tejida con los desarrollos de la mecánica clásica, mecánica cuántica, magnetismo, y la cinética química, para aplicar a campos más distante tales como la meteorología, teoría de información, y biología (fisiología), y a desarrollos tecnológicos como la máquina de vapor, motor de combustión interna, criogenia y generación de electricidad. El desarrollo de la termodinámica fue motivado y dirigido por la teoría atómica. También, aunque de una manera sutil, motivó nuevas direcciones en probabilidad y estadística; vea, por ejemplo, la línea de tiempo de la termodinámica.

La historia de la termodinámica como disciplina científica se considera generalmente que comienza con Otto von Guericke quien, en 1650, construyó y diseñó la primera bomba de vacío y demostró las propiedades del vacío usando sus hemisferios de Magdeburgo. Guericke fue impulsado a hacer el vacío con el fin de refutar la suposición de Aristóteles que «la naturaleza aborrece el vacío». Poco después de Guericke, el físico y químico Robert Boyle estudió y mejoró los diseños de Guericke y en 1656, en coordinación con el científico Robert Hooke, construyó una bomba de aire. Con esta bomba, Boyle y Hooke observaron una correlación entre la presión, temperatura y volumen. Con el tiempo, se formularon la ley de Boyle, indicando que para un gas a temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales y otras leyes de los gases.

En 1679, un asociado de Boyle, Denis Papin basándose en estos conceptos, construyó un digestor de vapor, que era un recipiente cerrado con una tapa de cierre hermético en el que el vapor confinado alcanzaba una alta presión, aumentando el punto de ebullición y acortando el tiempo de cocción de los alimentos.

En 1697, el ingeniero Thomas Savery, a partir de los diseños de Papin, construyó el primer motor térmico, seguido por Thomas Newcomen en 1712. Aunque estos primeros motores eran toscos y poco eficientes, atrajeron la atención de los científicos más destacados de la época.

En 1733, Bernoulli usó métodos estadísticos, junto con la mecánica clásica, para extraer resultados de la hidrodinámica, iniciando la física estadística.

En 1781 los conceptos de capacidad calorífica y calor latente, fueron desarrollados por el profesor Joseph Black de la Universidad de Glasgow, donde James Watt trabajó como fabricante de instrumentos. Watt consultó con Black en las pruebas de la máquina de vapor, pero fue Watt quien concibió la idea del condensador externo, aumentando grandemente la eficiencia de la máquina de vapor.

En 1783, Antoine Lavoisier propone la teoría calórica.

En 1798 Benjamin Thompson, conde de Rumford, demostró la conversión del trabajo mecánico en calor.

 
Nicolas Léonard Sadi Carnot, considerado como el «padre de la termodinámica»

Sobre la base de todo este trabajo previo, Sadi Carnot, el «padre de la termodinámica», publicó en 1824 Reflexiones sobre la energía motriz del fuego, un discurso sobre la eficiencia térmica, la energía, la energía motriz y el motor. El documento describe las relaciones básicas energéticas entre la máquina de Carnot, el ciclo de Carnot y energía motriz, marcando el inicio de la termodinámica como ciencia moderna.

El primer libro de texto sobre termodinámica fue escrito en 1859 por William Rankine, quien originalmente se formó como físico y profesor de ingeniería civil y mecánica en la Universidad de Glasgow. El primer y segundo principios de termodinámica surgieron simultáneamente en la década de 1850, principalmente por las obras de Germain Henri Hess, William Rankine, Rudolf Clausius, James Prescott Joule y William Thomson (Lord Kelvin).

Los fundamentos de la termodinámica estadística se establecieron por los físicos como James Clerk Maxwell, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius, Johannes van der Waals y Josiah Willard Gibbs.

Desde 1873 hasta el 76, el físico matemático estadounidense Josiah Willard Gibbs publicó una serie de tres artículos, siendo la más famosa Sobre el equilibrio de las sustancias heterogéneas. Gibbs demostró cómo los procesos termodinámicos, incluyendo reacciones químicas, se podrían analizar gráficamente. Mediante el estudio de la energía, la entropía, potencial químico, la temperatura y la presión del sistema termodinámico, se puede determinar si un proceso se produce espontáneamente. La termodinámica química y la fisicoquímica fueron desarrolladas además por Walther Nernst, Pierre Duhem, Gilbert N. Lewis, Jacobus Henricus van 't Hoff, y Théophile de Donder, entre otros, aplicando los métodos matemáticos de Gibbs.

También fueron de importancia para la termodinámica los desarrollos en termometría y manometría.

Electromagnetismo

 
El físico danés Hans Christian Ørsted, realizando el experimento que le permitió descubrir la relación entre la electricidad y el magnetismo en 1820.

La historia del electromagnetismo, considerada como el conocimiento y el uso registrado de las fuerzas electromagnéticas, data de hace más de dos mil años.

En la antigüedad ya estaban familiarizados con los efectos de la electricidad atmosférica, en particular del rayo[20]​ ya que las tormentas son comunes en las latitudes más meridionales, ya que también se conocía el fuego de San Telmo. Sin embargo, se comprendía poco la electricidad y no eran capaces de producir estos fenómenos.[21][22]

Durante los siglos XVII y XVIII, William Gilbert, Otto von Guericke, Stephen Gray, Benjamin Franklin, Alessandro Volta entre otros investigaron estos dos fenómenos de manera separada y llegaron a conclusiones coherentes con sus experimentos.

A principios del siglo XIX, Hans Christian Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. De ahí es que los trabajos de físicos como André-Marie Ampère, William Sturgeon, Joseph Henry, Georg Simon Ohm, Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, como un fenómeno electromagnético.[22]

Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos eléctricos y los campos magnéticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnético. Además describía la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrándola como una onda electromagnética.[23]​ Con una sola teoría consistente que describía estos dos fenómenos antes separados, los físicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy útiles como la bombilla eléctrica por Thomas Alba Edison, quien en realidad robó la idea, o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla.[24]​ El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y la búsqueda de una interpretación coherente de sus implicaciones, fue lo que llevó a Albert Einstein a formular su teoría de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincaré.

En la primera mitad del siglo XX, con el advenimiento de la mecánica cuántica, el electromagnetismo tuvo que mejorar su formulación para que fuera coherente con la nueva teoría. Esto se logró en la década de 1940 cuando se completó una teoría cuántica electromagnética conocida como electrodinámica cuántica.

Relatividad especial

La teoría de la relatividad surge para resolver varios problemas con las teorías aceptadas al principio del siglo XX.

Mecánica cuántica

 
El modelo cuántico del átomo de Niels Bohr desarrollado en 1913, el cual incorporó una explicación a la fórmula de Johannes Rydberg de 1888; la hipótesis cuántica de Max Planck de 1900, esto es, que los radiadores de energía atómica tienen valores de energía discreta ( ); el modelo de J. J. Thomson en 1904, el postulado de luz cuántica de Albert Einstein en 1905 y el descubrimiento en 1907 del núcleo atómico positivo hecho por Ernest Rutherford.

La historia de la mecánica cuántica comienza esencialmente con la introducción de la expresión cuerpo negro por Gustav Kirchhoff en el invierno de 1859-1860, la sugerencia hecha por Ludwig Boltzmann en 1877 sobre que los estados de energía de un sistema físico deberían ser discretos, y la hipótesis cuántica de Max Planck en el 1900, quien decía que cualquier sistema de radiación de energía atómica podía teóricamente ser dividido en un número de elementos de energía discretos  , tal que cada uno de estos elementos de energía sea proporcional a la frecuencia  , con las que cada uno podía de manera individual irradiar energía, como lo muestra la siguiente fórmula: 

donde   es un valor numérico llamado constante de Planck.

En 1905, para explicar el efecto fotoeléctrico (1839), esto es, la expulsión de electrones en ciertos materiales debido a la incidencia de luz sobre los mismos, Albert Einstein postuló –basándose en la hipótesis cuántica de Planck– que la luz está compuesta de partículas cuánticas individuales, las que más tarde fueron llamadas fotones (1926).

El término «mecánica cuántica» fue usado por primera vez en el escrito de Max Born llamado Zur Quantenmechanik (La Mecánica Cuántica). En los años que siguen, esta base teórica comenzó lentamente a ser aplicada a estructuras, reacciones y enlaces químicos.

Big Bang

La historia de la teoría del Big Bang comienza con las observaciones y las consiguientes reflexiones teóricas que fueron conformando dicha teoría. Gran parte del trabajo teórico de la cosmología se centra en estos momentos en profundizar y mejorar el modelo básico del Big Bang.

Véase también

Referencias

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historia, física, este, artículo, sección, necesita, referencias, aparezcan, publicación, acreditada, este, aviso, puesto, julio, 2018, historia, física, abarca, esfuerzos, estudios, realizados, personas, tratado, entender, porqué, naturaleza, fenómenos, ella,. Este articulo o seccion necesita referencias que aparezcan en una publicacion acreditada Este aviso fue puesto el 25 de julio de 2018 La historia de la fisica abarca los esfuerzos y estudios realizados por las personas que han tratado de entender el porque de la naturaleza y los fenomenos que en ella se observan el paso de las estaciones el movimiento de los cuerpos y de los astros los fenomenos climaticos las propiedades de los materiales entre otros Gracias a su vasto alcance y a su extensa historia la fisica es clasificada como una ciencia fundamental Esta disciplina cientifica se puede dedicar a describir las particulas mas pequenas o a explicar como nace una luna Isaac Newton Galileo Galilei y Albert Einstein La mayoria de las civilizaciones de la antiguedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su entorno miraban las estrellas y pensaban como ellas podian regir su mundo Esto llevo a muchas interpretaciones de caracter mas filosofico que fisico no en vano en esos momentos a la fisica se le llamaba filosofia natural Muchos filosofos se encuentran en el desarrollo primitivo de la fisica como Aristoteles Tales de Mileto o Democrito ya que fueron los primeros en tratar de buscar algun tipo de explicacion a los fenomenos que les rodeaban 1 Las primeras explicaciones que aparecieron en la antiguedad se basaban en consideraciones puramente filosoficas sin verificarse experimentalmente Algunas interpretaciones equivocadas como la hecha por Claudio Ptolomeo en su famoso Almagesto La Tierra esta en el centro del Universo y alrededor de ella giran los astros perduraron durante miles de anos A pesar de que las teorias descriptivas del universo que dejaron estos pensadores eran erradas en sus conclusiones estas tuvieron validez por mucho tiempo casi dos mil anos en parte por la aceptacion de la Iglesia catolica de varios de sus preceptos como la teoria geocentrica 2 Dominios basicos de la fisica Esta etapa denominada oscurantismo en la ciencia de Europa termina cuando el canonigo y cientifico Nicolas Copernico quien es considerado padre de la astronomia moderna recibe en 1543 la primera copia de su libro titulado De Revolutionibus Orbium Coelestium A pesar de que Copernico fue el primero en formular teorias plausibles es otro personaje al cual se le considera el padre de la fisica como la conocemos ahora Un catedratico de matematicas de la Universidad de Pisa a finales del siglo XVI cambiaria la historia de la ciencia empleando por primera vez experimentos para comprobar sus afirmaciones Galileo Galilei Mediante el uso del telescopio para observar el firmamento y sus trabajos en planos inclinados Galileo empleo por primera vez el metodo cientifico y llego a conclusiones capaces de ser verificadas A sus trabajos se les unieron grandes contribuciones por parte de otros cientificos como Johannes Kepler Blaise Pascal y Christian Huygens 2 Posteriormente en el siglo XVII un cientifico ingles reunio las ideas de Galileo y Kepler en un solo trabajo unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en la Tierra en lo que el llamo gravedad En 1687 Isaac Newton formulo en su obra titulada Philosophiae Naturalis Principia Mathematica los tres principios del movimiento y una cuarta ley de la gravitacion universal que transformaron por completo el mundo fisico todos los fenomenos podian ser vistos de una manera mecanica 3 Dios no juega a los dados con el Universo Albert Einstein Einstein deje de decirle a Dios lo que tiene que hacer con sus dados Niels Bohr El trabajo de Newton en este campo perdura hasta la actualidad ya que todos los fenomenos macroscopicos pueden ser descritos de acuerdo a sus tres leyes Por eso durante el resto de ese siglo y en el posterior el siglo XVIII todas las investigaciones se basaron en sus ideas De ahi que se desarrollaron otras disciplinas como la termodinamica la optica la mecanica de fluidos y la mecanica estadistica Los conocidos trabajos de Daniel Bernoulli Robert Boyle y Robert Hooke entre otros pertenecen a esta epoca 4 En el siglo XIX se produjeron avances fundamentales en la electricidad y el magnetismo principalmente de la mano de Charles Augustin de Coulomb Luigi Galvani Michael Faraday y Georg Simon Ohm que culminaron en el trabajo de James Clerk Maxwell en 1855 que logro la unificacion de ambas ramas en el llamado electromagnetismo Ademas se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad y el descubrimiento del electron por parte de Joseph John Thomson en 1897 5 Durante el siglo XX la fisica se desarrollo plenamente En 1904 Hantarō Nagaoka habia propuesto el primer modelo del atomo 6 el cual fue confirmado en parte por Ernest Rutherford en 1911 aunque ambos planteamientos serian despues sustituidos por el modelo atomico de Bohr de 1913 En 1905 Einstein formulo la teoria de la relatividad especial la cual coincide con las leyes de Newton al decir que los fenomenos se desarrollan a velocidades pequenas comparadas con la velocidad de la luz En 1915 extendio la teoria de la relatividad especial formulando la teoria de la relatividad general la cual sustituye a la ley de gravitacion de Newton y la comprende en los casos de masas pequenas Max Planck Albert Einstein Niels Bohr y otros desarrollaron la teoria cuantica a fin de explicar resultados experimentales anomalos sobre la radiacion de los cuerpos En 1911 Ernest Rutherford dedujo la existencia de un nucleo atomico cargado positivamente a partir de experiencias de dispersion de particulas En 1925 Werner Heisenberg y en 1926 Erwin Schrodinger y Paul Adrien Maurice Dirac formularon la mecanica cuantica la cual comprende las teorias cuanticas precedentes y suministra las herramientas teoricas para la Fisica de la materia condensada 7 Posteriormente se formulo la teoria cuantica de campos para extender la mecanica cuantica de acuerdo con la Teoria de la Relatividad especial alcanzando su forma moderna a finales de la decada de 1940 gracias al trabajo de Richard Feynman Julian Schwinger Shin ichirō Tomonaga y Freeman Dyson los cuales formularon la teoria de la electrodinamica cuantica Esta teoria formo la base para el desarrollo de la fisica de particulas En 1954 Chen Ning Yang y Robert Mills desarrollaron las bases del modelo estandar Este modelo se completo en los anos 1970 y con el fue posible predecir las propiedades de particulas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesivamente siendo la ultima de ellas el quark top 7 Los intentos de unificar las cuatro interacciones fundamentales han llevado a los fisicos a nuevos campos impensables Las dos teorias mas aceptadas la mecanica cuantica y la relatividad general que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micromundo parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista Por eso se han formulado nuevas teorias como la supergravedad o la teoria de cuerdas donde se centran las investigaciones a inicios del siglo XXI Esta ciencia no desarrolla unicamente teorias tambien es una disciplina de experimentacion Sus hallazgos por lo tanto pueden ser comprobados a traves de experimentos Ademas sus teorias permiten establecer previsiones sobre pruebas que se desarrollen en el futuro Indice 1 Por etapa 1 1 Fisica antigua 1 1 1 Fisica aristotelica 1 1 2 Fisica en el mundo islamico medieval 1 2 Fisica clasica 1 2 1 Siglo XVII revolucion cientifica 1 2 2 Siglo XVIII termodinamica y optica 1 2 3 Siglo XIX electromagnetismo y estructura atomica 1 3 Fisica moderna 2 Por area 2 1 Energia 2 2 Termodinamica 2 3 Electromagnetismo 2 4 Relatividad especial 2 5 Mecanica cuantica 2 6 Big Bang 3 Vease tambien 4 Referencias 5 BibliografiaPor etapa EditarFisica antigua Editar Empedocles demostro la existencia del aire mediante un artilugio que recibio el nombre de clepsidra una esfera de cobre que se llenaba de agua cuando se sumergia en dicho liquido y que se caracterizaba porque tenia agujeros en el fondo y un cuello abierto Aristoteles desarrollo la fisica aristotelica que habria de dominar a todo Occidente durante casi 2000 anos Fisica aristotelica Editar Esta seccion es un extracto de Fisica aristotelica editar Detalle del fresco de la escuela de Aristoteles por Gustav Adolph Spangenberg 1828 1891 La fisica aristotelica es el conjunto de las tesis filosoficas y cosmologicas e hipotesis fisicas y astronomicas desarrolladas por Aristoteles y sus seguidores Estas teorias comprendieron los cuatro elementos el eter el movimiento las cuatro causas las esferas celestes el geocentrismo etc Las principales obras de Aristoteles en donde desarrolla sus ideas fisicas son la Fisica Sobre el cielo y Acerca de la generacion y la corrupcion Los principios fundamentales de su fisica son Lugares naturales cada elemento querria estar en una posicion distinta relativa al centro de la Tierra que tambien es el centro del universo Relacion entre la velocidad y la densidad la velocidad es inversamente proporcional a la densidad del medio Gravedad levedad para lograr esta posicion los objetos sienten una fuerza hacia arriba o hacia abajo Movimiento rectilineo un movimiento como respuesta a esta fuerza es en una linea recta a una velocidad constante Movimiento circular los planetas se mueven en un movimiento circular perfecto El tiempo el ahora el antes y el despues relacionado con el movimiento y el espacio Negacion del vacio el movimiento en un vacio es infinitamente rapido El eter todos los puntos del espacio estan llenos con materia Teoria del continuo si existieran los atomos esfericos habria un vacio entre ellos por lo que la materia no puede ser atomica Quintaesencia los objetos por encima del mundo sublunar no estan formados de materia terrenal Cosmos incorruptible y eterno el Sol y los planetas son esferas perfectas y no cambian Motor inmovil causa primera del movimiento de la primera esfera celeste y todo el universo El reinado de la fisica aristotelica la teoria especulativa de la fisica mas antigua conocida duro casi dos milenios No obstante hubo muy pocas referencias explicitas a experimentos en fisica aristotelica 8 y Aristoteles llego a varias conclusiones no mediante experimentos y observaciones sino mediante argumentos logicos 9 Despues del trabajo de muchos pioneros como Copernico Tycho Brahe Galileo Descartes y Newton se acepto generalmente que la fisica aristotelica no era correcta ni viable 10 Una opinion contraria esta dada por Carlo Rovelli que sostiene que la fisica de Aristoteles es correcta dentro de su dominio de validez el de los objetos del campo gravitatorio de la Tierra sumergidos en un fluido tal como aire 8 Fisica en el mundo islamico medieval Editar Esta seccion es un extracto de Fisica en el mundo islamico medieval editar Manuscrito de Ibn Sahl describiendo las leyes de refraccion de la luz Las ciencias naturales experimentaron un notable avance en la Edad de Oro del islam entre los siglos VIII y XIII aproximadamente En ese periodo los cientificos musulmanes introdujeron diversas innovaciones y rescataron textos clasicos griegos como las obras de Aristoteles Tolomeo o Euclides 11 Durante este periodo la teologia islamica todavia promovia la busqueda de conocimiento juzgando que el espiritu de la ciencia no esta en contradiccion con los aspectos religiosos 12 Algunos pensadores musulmanes de este periodo fueron Al Farabi Abu Bishr Matta Ibn Sina al Hassan Ibn al Haytham y Ibn Bajjah 13 Los trabajos de estos autores y los importantes comentarios sobre ellos impulsaron de manera notable la reflexion cientifica durante el periodo medieval La traduccion de clasicos grecolatinos al arabe clasico la lingua franca del periodo tuvo importantes consecuencias para la ciencia islamica y europea La ciencia medieval islamica adopto la fisica aristotelica de los griegos y la desarrollo con nuevas observaciones Sin embargo en el mundo islamico se aprecio la posibilidad de expandir el conocimiento a partir de la observacion empirica y creian que el universo estaba gobernado por un conjunto unico de leyes universales El uso de observaciones empiricas les condujo a la formulacion de una forma cruda de metodo cientifico 14 El estudio de la fisica en el mundo islamico empezo en Irak y Egipto 15 Los campos de la fisica estudiados en ese periodo incluyen la optica la mecanica incluyendo la estatica la dinamica la cinematica la fisica del movimiento y la astronomia Fisica clasica Editar Siglo XVII revolucion cientifica Editar Dos nuevas ciencias de Galileo Galilei En el siglo XVI nacieron algunos personajes como Copernico Stevin Cardano Gilbert Brahe pero fue Galileo quien a principios del siglo XVII impulso el empleo sistematico de la verificacion experimental y la formulacion matematica de las leyes fisicas Galileo descubrio la ley de la caida de los cuerpos y del pendulo se lo puede considerar como el creador de la mecanica tambien hizo las bases de la hidrodinamica cuyo estudio fue continuado por su discipulo Torricelli que fue el inventor del barometro ano 1643 el instrumento que mas tarde utilizo Pascal para determinar la presion atmosferica Pascal preciso el concepto de presion en el seno de un liquido y enuncio el teorema de transmision de las presiones Boyle formulo la ley de la compresion de los gases ley de Boyle Mariotte Philosophiae naturalis principia mathematica de Isaac Newton En 1687 Newton publico los Philosophiae naturalis principia mathematica Principios matematicos de la filosofia natural una obra en la que se describen las leyes clasicas de la dinamica conocidas como las leyes de Newton y la ley de la gravitacion universal de Newton El primer grupo de leyes permitia explicar la dinamica de los cuerpos y hacer predicciones del movimiento y equilibrio de cuerpos la segunda ley permitia demostrar las leyes de Kepler del movimiento de los planetas y explicar la gravedad terrestre de aqui el nombre de gravedad universal En esta epoca se puso de manifiesto uno de los principios basicos de la fisica las leyes de la fisica son las mismas en cualquier punto del Universo El desarrollo por Newton y Leibniz del calculo infinitesimal proporciono las herramientas matematicas para el desarrollo de la fisica como ciencia capaz de realizar predicciones En esta epoca desarrollaron sus trabajos fisicos como Robert Hooke y Christian Huygens estudiando las propiedades basicas de la materia y de la luz Luego los cientificos ingleses William Wurts y Charles Demiano profundizaron el estudio de las causas de las leyes de Newton es decir la gravedad En optica Rene Descartes establecio la ley de la refraccion de la luz formulo una teoria del arco iris y estudio los espejos esfericos y las lentes Fermat enuncio el principio de la optica geometrica que lleva su nombre y Huygens a quien tambien se le deben importantes contribuciones a la mecanica descubrio la polarizacion de la luz en oposicion a Newton para quien la luz es una radiacion corpuscular propuso la teoria ondulatoria de la luz Hooke estudio las franjas coloreadas que se forman cuando la luz atraviesa una lamina delgada tambien establecio la proporcionalidad A finales del siglo XVII la fisica comienza a influir en el desarrollo tecnologico permitiendo a su vez el avance mas rapido de esta El desarrollo instrumental telescopios microscopios y otros instrumentos y el desarrollo de experimentos cada vez mas sofisticados permitieron obtener grandes exitos como la medida de la masa de la Tierra en el experimento de la balanza de torsion Tambien aparecen las primeras sociedades cientificas como la Royal Society en Londres en 1660 y la Academie des sciences en Paris en 1666 como instrumentos de comunicacion e intercambio cientifico teniendo en los primeros tiempos de ambas sociedades un papel prominente las ciencias fisicas Siglo XVIII termodinamica y optica Editar El experimento de Young sirvio para demostrar sin lugar a dudas de que la luz era algun tipo de onda A partir del siglo XVIII Boyle y Young desarrollaron la termodinamica En 1733 Bernoulli uso argumentos estadisticos junto con la mecanica clasica para extraer resultados de la termodinamica iniciando la mecanica estadistica En 1798 Thompson demostro la conversion del trabajo mecanico en calor y en 1847 Joule formulo la ley de conservacion de la energia En el campo de la optica el siglo XVIII comenzo con la teoria corpuscular de la luz de Newton expuesta en su obra Opticks Aunque las leyes basicas de la optica geometrica habian sido descubiertas algunas decadas antes el siglo XVIII fue bueno en avances tecnicos en este campo produciendose las primeras lentes acromaticas midiendose por primera vez la velocidad de la luz y descubriendo la naturaleza espectral de la luz El siglo concluyo con el celebre experimento de Young de 1801 en el que se ponia de manifiesto la interferencia de la luz demostrando la naturaleza ondulatoria de esta Siglo XIX electromagnetismo y estructura atomica Editar La nocion teorica de campo de fuerzas fue un desarrollo teorico del siglo XIX que fue crucial para la comprension de los fenomenos electromagneticos en la figura esquema de lineas de lineas de campo magnetico alrededor de un iman La investigacion fisica de la primera mitad del siglo XIX estuvo dominada por el estudio de los fenomenos de la electricidad y el magnetismo Coulomb Luigi Galvani Faraday Ohm y muchos otros fisicos famosos estudiaron los fenomenos dispares y contraintuitivos que se asocian a este campo En 1855 Maxwell unifico las leyes conocidas sobre el comportamiento de la electricidad y el magnetismo en una sola teoria con un marco matematico comun mostrando la naturaleza unida del electromagnetismo Los trabajos de Maxwell en el electromagnetismo se consideran frecuentemente equiparables a los descubrimientos de Newton sobre la gravitacion universal y se resumen con las conocidas ecuaciones de Maxwell un conjunto de cuatro ecuaciones capaz de predecir y explicar todos los fenomenos electromagneticos clasicos Una de las predicciones de esta teoria era que la luz es una onda electromagnetica Este descubrimiento de Maxwell proporcionaria la posibilidad del desarrollo de la radio unas decadas mas tarde por Heinrich Hertz en 1888 En 1895 Roentgen descubrio los rayos X ondas electromagneticas de frecuencias muy altas Casi simultaneamente Henri Becquerel descubria la radioactividad en 1896 Este campo se desarrollo rapidamente con los trabajos posteriores de Pierre Curie Marie Curie y muchos otros dando comienzo a la fisica nuclear y al comienzo de la estructura microscopica de la materia En 1897 Thomson descubrio el electron la particula elemental que transporta la corriente en los circuitos electricos proponiendo en 1904 un primer modelo simplificado del atomo Fisica moderna Editar Esta seccion es un extracto de Fisica moderna editar La mecanica cuantica reintrodujo de nuevo el indeterminismo en la fisica al introducir elementos de incertidumbre y probabilidad en la teoria fisica Simplificadamente una particula subatomica estable se puede describir por una funcion de onda a partir de la cual pueden calcularse las probabilidades de mediciones experimentales sobre la particula En la figura un esquema de una particula encerrada en una caja bidimensional Las lineas de nivel sobre el plano inferior estan relacionadas con la probabilidad de presencia La fisica moderna comienza entre a finales del siglo XIX y a principios del siglo XX La fisica moderna se refiere a los desarrollos dentro de los enfoques relativista teoria de la relatividad y cuantico fisica cuantica Aunque tambien durante el siglo XX se hicieron avances en otros campos de la fisica clasica como la teoria del caos Aunque se han realizado experimentos de fisica moderna con anterioridad se considera como punto de inicio de la fisica moderna el ano 1900 cuando el aleman Max Planck propone la idea del cuanto de accion Planck propuso la idea de que la energia se dividia en unidades indivisibles y que esta no era continua como decia la fisica clasica es decir que todos los niveles de energia posibles son multiplos de un nivel de energia minimo llamado cuanto Por ello nace esta nueva rama de la fisica que estudia las manifestaciones que se producen en los atomos los comportamientos de estas particulas que forman la materia y las fuerzas que las rigen Se conoce generalmente por estudiar los fenomenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamano del atomo o inferiores 16 Los temas anteriormente tratados de la fisica clasica no servian para resolver los problemas presentados ya que estos se basan en certezas y la fisica moderna en probabilidades lo que provoco dificultades para adaptarse a las nuevas ideas Uno de los enfoques de la fisica actual es comprender la relacion entre las fuerzas que rigen la naturaleza la gravedad el electromagnetismo la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear debil Comprender y lograr una teoria de unificacion para asi poder entender el universo y sus particulas 16 La fisica moderna se suele dividir en dos ramas principales la mecanica cuantica util para abordar temas como la fisica nuclear atomica o molecular y la teoria de la relatividad util para abordar temas como la cosmologia 17 Por area EditarEnergia Editar Esta seccion es un extracto de Historia de la energia editar La palabra energia se deriva del griego ἐnergeia energeia que aparece por primera vez en la obra Etica nicomaquea 18 del siglo IV antes de Cristo Thomas Young el primero en utilizar el termino energia en el sentido moderno El concepto de energia surgio de la idea de la vis viva fuerza viva que Leibniz define como el producto de la masa de un objeto y su velocidad al cuadrado el creia que el total de la vis viva fuerza viva se conservaba Para demostrar la desaceleracion debido a la friccion Leibniz afirmo que el calor consistia en el movimiento aleatorio de las partes constituyentes de la materia una opinion compartida por Isaac Newton aunque pasaria mas de un siglo para que esto fuese generalmente aceptado En su libro Institutions de Physique Lecciones de fisica publicado en 1740 por Emilie marquesa de Chatelet incorpora la idea de Leibniz con observaciones practicas de Gravesande para demostrar que la cantidad de movimiento de un objeto en movimiento es proporcional a su masa y al cuadrado de su velocidad no la velocidad como Newton la demostro lo que mas tarde se llamo momentum En 1802 en una conferencia de Royal Society Thomas Young fue el primero en utilizar el termino energia en su sentido moderno en lugar de vis viva 19 En 1807 en una publicacion de estas conferencias lo escribio aclaracion requerida En 1829 Gustave Gaspard Coriolis describio energia cinetica en su sentido moderno y en 1853 William Rankine acuno el termino energia potencial Se argumento durante algunos anos si la energia era una sustancia Teoria calorica o simplemente una cantidad fisica Termodinamica Editar Esta seccion es un extracto de Historia de la termodinamica editar El 1698 Savery Motor primera maquina de vapor comercialmente util del mundo Construido por Thomas Savery La historia de la termodinamica es una pieza fundamental en la historia de la fisica la historia de la quimica y la historia de la ciencia en general Debido a la relevancia de la termodinamica en muchas areas de la ciencia y la tecnologia su historia esta finamente tejida con los desarrollos de la mecanica clasica mecanica cuantica magnetismo y la cinetica quimica para aplicar a campos mas distante tales como la meteorologia teoria de informacion y biologia fisiologia y a desarrollos tecnologicos como la maquina de vapor motor de combustion interna criogenia y generacion de electricidad El desarrollo de la termodinamica fue motivado y dirigido por la teoria atomica Tambien aunque de una manera sutil motivo nuevas direcciones en probabilidad y estadistica vea por ejemplo la linea de tiempo de la termodinamica La historia de la termodinamica como disciplina cientifica se considera generalmente que comienza con Otto von Guericke quien en 1650 construyo y diseno la primera bomba de vacio y demostro las propiedades del vacio usando sus hemisferios de Magdeburgo Guericke fue impulsado a hacer el vacio con el fin de refutar la suposicion de Aristoteles que la naturaleza aborrece el vacio Poco despues de Guericke el fisico y quimico Robert Boyle estudio y mejoro los disenos de Guericke y en 1656 en coordinacion con el cientifico Robert Hooke construyo una bomba de aire Con esta bomba Boyle y Hooke observaron una correlacion entre la presion temperatura y volumen Con el tiempo se formularon la ley de Boyle indicando que para un gas a temperatura constante la presion y el volumen son inversamente proporcionales y otras leyes de los gases En 1679 un asociado de Boyle Denis Papin basandose en estos conceptos construyo un digestor de vapor que era un recipiente cerrado con una tapa de cierre hermetico en el que el vapor confinado alcanzaba una alta presion aumentando el punto de ebullicion y acortando el tiempo de coccion de los alimentos En 1697 el ingeniero Thomas Savery a partir de los disenos de Papin construyo el primer motor termico seguido por Thomas Newcomen en 1712 Aunque estos primeros motores eran toscos y poco eficientes atrajeron la atencion de los cientificos mas destacados de la epoca En 1733 Bernoulli uso metodos estadisticos junto con la mecanica clasica para extraer resultados de la hidrodinamica iniciando la fisica estadistica En 1781 los conceptos de capacidad calorifica y calor latente fueron desarrollados por el profesor Joseph Black de la Universidad de Glasgow donde James Watt trabajo como fabricante de instrumentos Watt consulto con Black en las pruebas de la maquina de vapor pero fue Watt quien concibio la idea del condensador externo aumentando grandemente la eficiencia de la maquina de vapor En 1783 Antoine Lavoisier propone la teoria calorica En 1798 Benjamin Thompson conde de Rumford demostro la conversion del trabajo mecanico en calor Nicolas Leonard Sadi Carnot considerado como el padre de la termodinamica Sobre la base de todo este trabajo previo Sadi Carnot el padre de la termodinamica publico en 1824 Reflexiones sobre la energia motriz del fuego un discurso sobre la eficiencia termica la energia la energia motriz y el motor El documento describe las relaciones basicas energeticas entre la maquina de Carnot el ciclo de Carnot y energia motriz marcando el inicio de la termodinamica como ciencia moderna El primer libro de texto sobre termodinamica fue escrito en 1859 por William Rankine quien originalmente se formo como fisico y profesor de ingenieria civil y mecanica en la Universidad de Glasgow El primer y segundo principios de termodinamica surgieron simultaneamente en la decada de 1850 principalmente por las obras de Germain Henri Hess William Rankine Rudolf Clausius James Prescott Joule y William Thomson Lord Kelvin Los fundamentos de la termodinamica estadistica se establecieron por los fisicos como James Clerk Maxwell Ludwig Boltzmann Max Planck Rudolf Clausius Johannes van der Waals y Josiah Willard Gibbs Desde 1873 hasta el 76 el fisico matematico estadounidense Josiah Willard Gibbs publico una serie de tres articulos siendo la mas famosa Sobre el equilibrio de las sustancias heterogeneas Gibbs demostro como los procesos termodinamicos incluyendo reacciones quimicas se podrian analizar graficamente Mediante el estudio de la energia la entropia potencial quimico la temperatura y la presion del sistema termodinamico se puede determinar si un proceso se produce espontaneamente La termodinamica quimica y la fisicoquimica fueron desarrolladas ademas por Walther Nernst Pierre Duhem Gilbert N Lewis Jacobus Henricus van t Hoff y Theophile de Donder entre otros aplicando los metodos matematicos de Gibbs Tambien fueron de importancia para la termodinamica los desarrollos en termometria y manometria Electromagnetismo Editar Esta seccion es un extracto de Historia del electromagnetismo editar El fisico danes Hans Christian Orsted realizando el experimento que le permitio descubrir la relacion entre la electricidad y el magnetismo en 1820 La historia del electromagnetismo considerada como el conocimiento y el uso registrado de las fuerzas electromagneticas data de hace mas de dos mil anos En la antiguedad ya estaban familiarizados con los efectos de la electricidad atmosferica en particular del rayo 20 ya que las tormentas son comunes en las latitudes mas meridionales ya que tambien se conocia el fuego de San Telmo Sin embargo se comprendia poco la electricidad y no eran capaces de producir estos fenomenos 21 22 Durante los siglos XVII y XVIII William Gilbert Otto von Guericke Stephen Gray Benjamin Franklin Alessandro Volta entre otros investigaron estos dos fenomenos de manera separada y llegaron a conclusiones coherentes con sus experimentos A principios del siglo XIX Hans Christian Orsted encontro evidencia empirica de que los fenomenos magneticos y electricos estaban relacionados De ahi es que los trabajos de fisicos como Andre Marie Ampere William Sturgeon Joseph Henry Georg Simon Ohm Michael Faraday en ese siglo son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describian ambos fenomenos como uno solo como un fenomeno electromagnetico 22 Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos electricos y los campos magneticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnetico Ademas describia la naturaleza ondulatoria de la luz mostrandola como una onda electromagnetica 23 Con una sola teoria consistente que describia estos dos fenomenos antes separados los fisicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy utiles como la bombilla electrica por Thomas Alba Edison quien en realidad robo la idea o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla 24 El exito predictivo de la teoria de Maxwell y la busqueda de una interpretacion coherente de sus implicaciones fue lo que llevo a Albert Einstein a formular su teoria de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincare En la primera mitad del siglo XX con el advenimiento de la mecanica cuantica el electromagnetismo tuvo que mejorar su formulacion para que fuera coherente con la nueva teoria Esto se logro en la decada de 1940 cuando se completo una teoria cuantica electromagnetica conocida como electrodinamica cuantica Relatividad especial Editar Esta seccion es un extracto de Historia de la relatividad especial editar La teoria de la relatividad surge para resolver varios problemas con las teorias aceptadas al principio del siglo XX Mecanica cuantica Editar Esta seccion es un extracto de Historia de la mecanica cuantica editar El modelo cuantico del atomo de Niels Bohr desarrollado en 1913 el cual incorporo una explicacion a la formula de Johannes Rydberg de 1888 la hipotesis cuantica de Max Planck de 1900 esto es que los radiadores de energia atomica tienen valores de energia discreta ϵ h f displaystyle epsilon hf el modelo de J J Thomson en 1904 el postulado de luz cuantica de Albert Einstein en 1905 y el descubrimiento en 1907 del nucleo atomico positivo hecho por Ernest Rutherford La historia de la mecanica cuantica comienza esencialmente con la introduccion de la expresion cuerpo negro por Gustav Kirchhoff en el invierno de 1859 1860 la sugerencia hecha por Ludwig Boltzmann en 1877 sobre que los estados de energia de un sistema fisico deberian ser discretos y la hipotesis cuantica de Max Planck en el 1900 quien decia que cualquier sistema de radiacion de energia atomica podia teoricamente ser dividido en un numero de elementos de energia discretos E displaystyle E tal que cada uno de estos elementos de energia sea proporcional a la frecuencia n displaystyle nu con las que cada uno podia de manera individual irradiar energia como lo muestra la siguiente formula E h n displaystyle E h nu donde h displaystyle h es un valor numerico llamado constante de Planck En 1905 para explicar el efecto fotoelectrico 1839 esto es la expulsion de electrones en ciertos materiales debido a la incidencia de luz sobre los mismos Albert Einstein postulo basandose en la hipotesis cuantica de Planck que la luz esta compuesta de particulas cuanticas individuales las que mas tarde fueron llamadas fotones 1926 El termino mecanica cuantica fue usado por primera vez en el escrito de Max Born llamado Zur Quantenmechanik La Mecanica Cuantica En los anos que siguen esta base teorica comenzo lentamente a ser aplicada a estructuras reacciones y enlaces quimicos Big Bang Editar Esta seccion es un extracto de Historia de la teoria del Big Bang editar El texto que sigue es una traduccion defectuosa Si quieres colaborar con Wikipedia busca el articulo original y mejora esta traduccion Copia y pega el siguiente codigo en la pagina de discusion del autor de este articulo subst Aviso mal traducido Historia de la fisica Cosmologia fisica Big Bang y el universoArticulosUniverso primitivoTeoria del Big Bang Inflacion cosmica Bariogenesis Nucleosintesis primordialExpansionExpansion metrica del espacio Expansion acelerada del Universo Ley de Hubble Corrimiento al rojoEstructuraForma del universo Espacio tiempo Materia barionica Universo Materia oscura Energia oscuraExperimentosPlanck satelite WMAP COBECientificosAlbert Einstein Edwin Hubble Georges Lemaitre Stephen Hawking George GamowPortalesPrincipalCosmologiaOtrosFisica Astronomia Exploracion espacial Sistema Solar La historia de la teoria del Big Bang comienza con las observaciones y las consiguientes reflexiones teoricas que fueron conformando dicha teoria Gran parte del trabajo teorico de la cosmologia se centra en estos momentos en profundizar y mejorar el modelo basico del Big Bang Vease tambien EditarHistoria de la ciencia Revolucion cientifica Ciencia medieval Domingo de SotoReferencias Editar Rolando Delgado Castillo Francisco A Ruiz Martinez Universidad de Cienfuegos De Aristoteles a Ptolomeo Archivado desde el original el 12 de enero de 2005 Consultado el 29 de enero de 2008 a b Rolando Delgado Castillo Francisco A Ruiz Martinez Universidad de Cienfuegos Ideas fisicas en el Medioevo Archivado desde el original el 12 de enero de 2005 Consultado el 29 de enero de 2008 Michael Fowler 1995 Isaac Newton en ingles Consultado el 31 de enero de 208 Rolando Delgado Castillo Francisco A Ruiz Martinez Universidad de Cienfuegos La fisica del siglo XVIII Archivado desde el original el 12 de enero de 2005 Consultado el 1 de febrero de 2008 Rolando Delgado Castillo Francisco A Ruiz Martinez Universidad de Cienfuegos Nuevo Paradigma electromagnetico en el siglo XIX Archivado desde el original el 12 de enero de 2005 Consultado el 1 de febrero de 2008 Sanchez Ron Jose Manuel 1993 Espacio tiempo y atomos Relatividad y mecanica cuantica pag 32 Ediciones AKAL En Google Books Consultado el 6 de abril de 2013 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