De la física clásica a la física moderna

Durante el siglo XVII, los científicos comenzaron a preguntarse, ¿Estamos realmente seguros de que es así como funcionan las cosas? Galileo Galilei, el astrónomo y matemático italiano, no estaba satisfecho con explicaciones del tipo, "Porque el Papa lo dice" o "Así es como hemos hecho las cosas desde Aristóteles". En Francia, el filósofo René Descartes fue tan lejos en su cuestionamiento de lo que puede saberse con certeza, que eventualmente de lo único que estaba seguro era de su propia existencia. Pienso, luego existo, o en latín, Cogito ergo sum. El inglés Francis Bacon, también estaba interesado en los principios de cómo podemos obtener conocimiento sobre el mundo.

Estableció las bases de una forma de trabajo que todavía llamamos método científico. El método está basado en hacer predicciones y luego probarlas sistemáticamente a través de experimentos. Y cuando la realidad no se comporta según las predicciones, las ideas detrás de ellas se descartan y se generan nuevas que se vuelven a probar. El mismo año que Galileo Galilei murió, en 1642, otro hombre, Isaac Newton, nació en Inglaterra. Isaac Newton ha desafiado las ideas tradicionales e intuitivas de la física, posiblemente más que nadie en la historia.

A través de experimentos y un tipo completamente nuevo de cálculos, descubrió las leyes de la naturaleza en una gama de áreas diferentes. Hoy en día, Isaac Newton es probablemente mejor conocido por su explicación de la gravedad, la fuerza de la atracción que hace que una manzana caiga hacia abajo y que mantiene a la luna en su órbita alrededor de la Tierra. Isaac Newton también fue el primero en explicar adecuadamente cómo se relacionan fuerza, masa y movimiento. La física que se desarrolló durante este período se llama Física Clásica, o, en honor al viejo Isaac, Física Newtoniana. La Física Clásica todavía funciona muy bien hoy en día cuando se trata de explicar la mayoría de las cosas que encontramos cotidianamente.

Todavía usamos las leyes de movimiento de Newton para calcular cómo cae un objeto y al enviar satélites al espacio. Mientras nos atengamos a los tamaños y las velocidades a las que estamos acostumbrados, los cálculos de Newton son notablemente precisos. Pero cuando estudiamos cosas muy pequeñas, como átomos individuales, o aún más pequeños, sucede algo peculiar. En este mundo de lo minúsculo, entre los protones, los neutrones y los electrones, las leyes de la naturaleza son completamente diferentes a las de la física newtoniana. Aquí es donde la mecánica cuántica toma las riendas.

La mecánica cuántica es un extraño campo de la física, como mínimo. En la mecánica cuántica, una partícula puede existir, pero al mismo tiempo no estar presente en ningún lugar en particular. Un electrón, por ejemplo, es una partícula cuya posición solo puede describirse usando la probabilidad, pero no como una ubicación exacta. La mecánica cuántica suele contradecir nuestra comprensión intuitiva de la física. Puede ser tan fascinante como alucinante para intentar concebirla.

Al igual que la física clásica no se aplica a distancias muy pequeñas, también fracasa cuando se trata de cosas que viajan a una velocidad muy alta. Un tren está viajando a 100 kilómetros por hora y alguien está corriendo sobre su techo en la misma dirección que el tren a 10 kilómetros por hora. En relación con el suelo, él ahora está viajando a 110 kilómetros por hora porque 100 más 10 es 110. Nada raro hasta ahora, pero si se para en el techo de ese tren y enciende una linterna apuntando hacia adelante, entonces la luz no viajará más rápido de lo que lo haría si estuviera parado quieto en el suelo. Ahora ¿esto es desconcertante, no es así?

Para abordar las velocidades cercanas a la velocidad de la luz necesitarás la teoría especial de la relatividad de Einstein, y esa teoría, al igual que la mecánica cuántica, es algo que no va bien con nuestra comprensión intuitiva diaria de la física. Así que si deseas, aquí hay una clasificación aproximada de la física en tres categorías. Primero, tienes la física preclásica. Podemos llamarla física aristotélica. Está moldeada en gran parte por la intuición, y luego transmitida por la tradición y la religión.

Más tarde, durante el siglo XVII, las personas como Galileo, Newton y otros, cambiaron la física aristotélica en su cabeza. Con la ayuda de experimentos estructurados y la matemática, la física clásica tomó forma. Luego, 300 años después, al comienzo del siglo XX, la física clásica fue desafiada y se abrió la puerta a la física moderna, incluyendo la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad. Ahora eso puede hacer que tu cabeza de vueltas. Hay una buena razón para estar agradecido por los muchos descubrimientos realizados a lo largo de la sinuosa historia de la física.

Porque sin ella, no podrías poner música en tu fiesta. De hecho, no tenemos que retroceder muy lejos en el tiempo para que empieces a extrañar todas las cosas útiles que te ha traído la física.