Historia de la física

La física, como disciplina científica, tiene sus raíces en la Grecia antigua, con filósofos como Tales de Mileto, Pitágoras y Aristóteles sentando las bases para el estudio de la naturaleza. Sin embargo, fue en el Renacimiento cuando la física comenzó a desarrollarse de forma más sistemática, con figuras como Galileo Galilei, Johannes Kepler y Sir Isaac Newton revolucionando nuestra comprensión del universo. Galileo fue pionero en el uso de la observación y la experimentación en el estudio de los fenómenos físicos, mientras que Kepler y Newton formularon las leyes que rigen el movimiento de los cuerpos celestes, sentando las bases de la física moderna.

En el siglo XIX, la física experimentó un gran avance con el desarrollo de la teoría electromagnética de James Clerk Maxwell y la teoría de la relatividad de Albert Einstein, que revolucionaron nuestra comprensión de la naturaleza de la luz y el espacio-tiempo. En el siglo XX, la física cuántica dio un giro radical a nuestras concepciones del mundo subatómico, con figuras como Niels Bohr, Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger desarrollando nuevas teorías para explicar el comportamiento de las partículas elementales.

Hoy en día, la física sigue siendo uno de los campos más dinámicos de la ciencia, con investigadores de todo el mundo trabajando en áreas tan diversas como la astrofísica, la física de partículas y la nanotecnología.

Física antigua

Empédocles demostró la existencia del aire a través de un artefacto llamado clepsidra, una esfera de cobre que se llenaba de agua al sumergirse en dicho líquido. Este dispositivo se caracterizaba por tener agujeros en el fondo y un cuello abierto. Por otro lado, Aristarco de Samos propuso la teoría heliocéntrica, la cual, aunque correcta, fue abandonada en favor de los modelos geocéntricos propuestos por Claudio Ptolomeo en la antigüedad tardía.

Durante casi dos mil años, la física aristotélica fue la teoría dominante en Occidente, a pesar de sus defectos y problemas. En la Edad Media, esta física fue ampliamente aceptada, pero sus errores conceptuales tuvieron que ser superados para dar paso a la física moderna. La física aristotélica incluye una serie de tesis filosóficas, cosmológicas, físicas y astronómicas desarrolladas por Aristóteles y sus seguidores. Entre las ideas que abarca se encuentran los cuatro elementos, el éter, el movimiento, las cuatro causas, las esferas celestes y el geocentrismo.

Física clásica

En el siglo XVI surgieron destacados personajes como Copérnico, Stevin, Cardano, Gilbert y Brahe, pero fue Galileo quien, en los albores del siglo XVII, promovió el uso sistemático de la experimentación y la formulación matemática de las leyes físicas. Galileo descubrió la ley de la caída de los cuerpos y del péndulo, sentando las bases de la mecánica y la hidrodinámica. Su discípulo Torricelli, inventor del barómetro en 1643, continuó su trabajo en la hidrodinámica. Pascal, por su parte, definió el concepto de presión en líquidos y formuló el teorema de transmisión de presiones, mientras que Boyle estableció la ley de compresión de los gases.

En 1687, Newton publicó los Philosophiæ naturalis principia mathematica, donde se describen las leyes clásicas de la dinámica y la ley de la gravitación universal. Estas leyes permitieron explicar el movimiento de los cuerpos y hacer predicciones sobre el equilibrio de los mismos, así como demostrar las leyes de Kepler y explicar la gravedad terrestre. El desarrollo del cálculo infinitesimal por Newton y Leibniz proporcionó las herramientas matemáticas necesarias para la predicción en física.

En óptica, Descartes estableció la ley de refracción de la luz, Fermat enunció el principio de óptica geométrica y Huygens descubrió la polarización de la luz y propuso la teoría ondulatoria de la luz en contraposición a la teoría corpuscular de Newton. Hooke, por su parte, estudió las franjas coloreadas que se forman al atravesar la luz una lámina delgada.

A finales del siglo XVII, la física comenzó a influir en el desarrollo tecnológico, acelerando su avance. El desarrollo de instrumentos como telescopios y microscopios, así como la realización de experimentos sofisticados, permitieron logros como la medición de la masa terrestre en la balanza de torsión.

Aparición de las primeras sociedades científicas como la Royal Society de Londres en 1660 y la Académie des sciences de París en 1666, jugaron un papel importante en la comunicación e intercambio científico, siendo las ciencias físicas predominantes en sus primeros tiempos.

A partir del siglo XVIII, se desarrolló la termodinámica gracias a Boyle y Young. En 1733, Bernoulli utilizó argumentos estadísticos junto con la mecánica clásica para comenzar con la mecánica estadística. Thompson demostró en 1798 la conversión de trabajo mecánico en calor, mientras que Joule formuló la ley de conservación de la energía en 1847.

En el campo de la óptica, el siglo XVIII inició con la teoría corpuscular de la luz de Newton en su obra "Óptica". A pesar de que las leyes básicas de la óptica geométrica se habían descubierto algunas décadas antes, en el siglo XVIII se produjeron importantes avances técnicos como las primeras lentes acromáticas, la medición de la velocidad de la luz y el descubrimiento de la naturaleza espectral de la luz. El siglo culminó con el experimento de Young en 1801 que demostró la interferencia de la luz, evidenciando su naturaleza ondulatoria.

Durante la primera mitad del siglo XIX, la investigación física estuvo centrada en los fenómenos de la electricidad y el magnetismo. Físicos como Coulomb, Luigi Galvani, Faraday y Ohm estudiaron estos campos dispares y contraintuitivos. En 1855, Maxwell unificó las leyes del electromagnetismo en una teoría común con las ecuaciones de Maxwell, siendo equiparable a los descubrimientos de Newton sobre la gravitación universal.

En 1895, Roentgen descubrió los rayos X y casi simultáneamente, Henri Becquerel descubrió la radioactividad en 1896. Estos descubrimientos marcaron el comienzo de la física nuclear y la comprensión de la estructura microscópica de la materia.

En 1897, Thomson descubrió el electrón y propuso un modelo simplificado del átomo en 1904, lo que ayudó a comprender la conducción de corriente en los circuitos eléctricos.

Física moderna

El siglo XX fue testigo del desarrollo de la física como una ciencia clave para el avance tecnológico. A principios de este siglo, los físicos creían tener un entendimiento completo de la naturaleza, pero dos revoluciones conceptuales cambiaron este panorama: la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. La relatividad desafió la idea del tiempo absoluto y la geometría euclidiana, mientras que la mecánica cuántica introdujo el concepto de estados físicos con atributos clásicamente incompatibles.

Albert Einstein formuló la teoría de la relatividad especial en 1905, unificando tiempo y espacio en el espacio-tiempo. Posteriormente, en 1915, desarrolló la teoría general de la relatividad para explicar la gravedad, reemplazando la ley de la gravitación de Newton por una visión del espacio-tiempo curvo.

En términos de la física nuclear, Rutherford y Chadwick descubrieron el núcleo atómico y sus componentes, protones y neutrones, respectivamente. Por otro lado, la mecánica cuántica surgió para explicar fenómenos anómalos en la radiación de los cuerpos, con teorías de niveles discretos de energía y resultados probabilísticos en medidas físicas.

La física de la materia condensada y la física de partículas también experimentaron avances significativos en el siglo XX, con la formulación de teorías cuánticas de campos y el desarrollo del modelo estándar para describir las fuerzas fundamentales y las partículas elementales.

En el ámbito de la astrofísica, se trabajó en teorías de gran unificación y la teoría de supercuerdas, que siguen siendo especulativas. Además, la cosmología ha experimentado un renovado interés con descubrimientos como la energía oscura y la materia oscura. La física teórica continúa buscando una teoría unificada capaz de explicar todas las fuerzas de la naturaleza, como la teoría de supercuerdas.

En la actualidad, la física enfrenta desafíos tanto prácticos como teóricos, desde el estudio de sistemas complejos hasta la búsqueda de una teoría del todo. Se continúa trabajando en resolver preguntas abiertas en astrofísica, cosmología y otras áreas de la física, con la esperanza de avanzar en nuestro entendimiento del universo y de la naturaleza misma.

Fuentes:

Desit-Ricard, Isabelle (2002). Historia de la Física. Acento Ediciones.

Sánchez del Río, Carlos (1984). Historia de la física: hasta el siglo XIX. Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales.

Truesdell, C. (1975). Ensayos de Historia de la Mecánica. Editorial Tecnos.

Udías Vallina, Agustín (2004). Historia de la física: de Arquímedes a Einstein. Editorial Síntesis.

Wikipedia