Para terminar, os dejo abajo la bibliografía, y por aquí las posibles investigaciones que se están dando ya en esta maravillosa y curiosa ciencia.
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Física teórica
La física teórica es la rama de la física que elabora teorías y modelos usando el lenguaje matemático con el fin de explicar y comprender fenómenos físicos, aportando las herramientas necesarias no solo para el análisis sino para la predicción del comportamiento de los sistemas físicos. El objetivo de la física teórica es comprender el universo elaborando modelos matemáticos y conceptuales de la realidad que se utilizan para racionalizar, explicar y predecir los fenómenos de la naturaleza, planteando una teoría física de la realidad.
Aunque trabajos anteriores se pueden considerar parte de esta disciplina, la física teórica cobra especial fuerza desde la formulación de la mecánica analítica (Joseph-Louis de Lagrange, William Rowan Hamilton) y adquiere una relevancia de primera línea a partir de las revoluciones cuántica y relativista de principios del siglo XX (por ejemplo la bomba atómica fue una predicción de la física teórica).
La cultura de la investigación en física en los últimos tiempos se ha especializado tanto que ha dado lugar a una separación de los físicos que se dedican a la teoría y otros que se dedican a los experimentos. Los teóricos trabajan en la búsqueda de modelos matemáticos que expliquen los resultados experimentales y que ayuden a predecir resultados futuros. Así pues, teoría y experimentos están relacionados íntimamente. El progreso en física a menudo ocurre cuando un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teorías actuales, por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.
La física teórica tiene una importante relación con la física matemática, en esta última se pone énfasis en analizar las propiedades de las estructuras matemáticas empleadas en la física teórica, y en teorizar posibles generalizaciones que puedan servir como descripciones matemáticas más complejas y generales de los sistemas estudiados en la física teórica. La física teórica está muy relacionada con las matemáticas ya que estas suministran el lenguaje usado en el desarrollo de las teorías físicas. Los teóricos confían en el cálculo diferencial e integral, el análisis numérico y en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos físicos. Los campos de física computacional y matemáticas son áreas de investigación activas.
Los teóricos pueden concebir conceptos tales como universos paralelos, espacios multidimensionales, minúsculas cuerdas que vibran o la teoría del todo y a partir de ahí, realizar hipótesis físicas.
Física de la materia condensada
La física de la materia condensada es la rama de la física que estudia las características físicas macroscópicas de la materia, tales como la densidad, la temperatura, la dureza o el color de un material. En particular, se refiere a las fases «condensadas» que aparecen siempre en que el número de constituyentes en un sistema sea extremadamente grande y que las interacciones entre los componentes sean fuertes, a diferencia de estar libres sin interactuar. Los ejemplos más familiares de fases condensadas son los sólidos y los líquidos, que surgen a partir de los enlaces y uniones causados por interacciones electromagnéticas entre los átomos. Entre las fases condensadas más exóticas se cuentan las fases superfluidas y el condensado de Bose-Einstein, que se encuentran en ciertos sistemas atómicos sometidos a temperaturas extremadamente bajas, la fase superconductora exhibida por los electrones de la conducción en ciertos materiales, y las fases ferromagnética y antiferromagnética de espines en redes atómicas. La física de la materia condensada busca hacer relaciones entre las propiedades macroscópicas, que se pueden medir y el comportamiento de sus constituyentes a nivel microscópico o atómico y así comprender mejor las propiedades de los materiales.
La física de la materia condensada es la rama más extensa de la física contemporánea. Como estimación, un tercio de todos los físicos norteamericanos se identifica a sí mismo como físicos trabajando en temas de la materia condensada. Históricamente, dicho campo nació a partir de la física del estado sólido, que ahora es considerado como uno de sus subcampos principales. El término física condensada de la materia fue acuñado, al parecer, por Philip Anderson, cuando renombró a su grupo de investigación, hasta entonces teoría del estado sólido, en 1967. En 1978, la División de Física del Estado Sólido de la American Physical Society fue renombrada como División de Física de Materia Condensada. La física de la materia condensada tiene una gran superposición con áreas de estudio de la química, la ciencia de materiales, la nanotecnología y la ingeniería.
Una de las razones para que la física de materia condensada reciba tal nombre es que muchos de los conceptos y técnicas desarrollados para estudiar sólidos se aplican también a sistemas fluidos. Por ejemplo, los electrones de conducción en un conductor eléctrico forman un tipo de líquido cuántico que tiene esencialmente las mismas características que un fluido conformado por átomos. De hecho, el fenómeno de la superconductividad, en el cual los electrones se condensan en una nueva fase fluida en la cual puedan fluir sin disipación, presenta una gran analogía con la fase superfluida que se encuentra en el helio-3 a muy bajas temperaturas.
Física molecular
La física molecular es la rama de la física que estudia los problemas relacionados con la estructura atómica de la materia y su interacción con el medio, es decir con la materia o la luz.
Por ejemplo, se tratan problemas como dinámica y de reacciones, dispersión, interacciones con campos electromagnéticos estáticos y dinámicos, enfriamiento y atrapamiento de átomos, interferometría atómica, interacciones de haces de iones y átomos con superficies y sólidos. Además, tiene múltiples conexiones con la biología, la fisicoquímica, las ciencias de los materiales, la óptica, la física de la atmósfera, la física del plasma y la astrofísica, entre otras. Desempeña un papel fundamental en la solución de preguntas fundamentales sin resolver en el estudio de los átomos y las moléculas.
La física molecular incluye tratamientos tanto clásicos como cuánticos, ya que puede tratar sus problemas desde puntos de vista microscópicos o macroscópicos.
Física atómica
La física atómica es la rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los átomos (electrones y núcleos atómicos) así como las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de átomos individuales. El estudio de la física atómica incluye a los iones, así como a los átomos neutros y a cualquier otra partícula que sea considerada parte de los átomos. La física atómica incluye tratamientos tanto clásicos como cuánticos, ya que puede tratar sus problemas desde puntos de vista microscópicos y macroscópicos.
La física atómica y la física nuclear tratan cuestiones distintas, la primera trata con todas las partes del átomo, mientras que la segunda lo hace solo con el núcleo del átomo, siendo este último especial por su complejidad. Se podría decir que la física atómica trata con las fuerzas electromagnéticas del átomo y convierte al núcleo en una partícula puntual, con determinadas propiedades intrínsecas de masa, carga y espín.
La investigación actual en física atómica se centra en actividades tales como el enfriamiento y captura de átomos e iones, lo cual es interesante para eliminar «ruido» en las medidas y evitar imprecisiones a la hora de realizar otros experimentos o medidas (por ejemplo, en los relojes atómicos); aumentar la precisión de las mediciones de constantes físicas fundamentales, lo cual ayuda a validar otras teorías como la relatividad o el modelo estándar; medir los efectos de correlación electrónica en la estructura y dinámica atómica y la medida y comprensión del comportamiento colectivo de los átomos de gases que interactúan débilmente (por ejemplo, en un condensado de Bose-Einstein de pocos átomos).
Física nuclear
La física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades, comportamiento e interacciones de los núcleos atómicos. En un contexto más amplio, se define la física nuclear y de partículas como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas subatómicas.
La física nuclear es conocida mayoritariamente por el aprovechamiento de la energía nuclear en centrales nucleares y en el desarrollo de armas nucleares, tanto de fisión nuclear como de fusión nuclear, pero este campo ha dado lugar a aplicaciones en diversos campos, incluyendo medicina nuclear e imágenes por resonancia magnética, ingeniería de implantación de iones en materiales y datación por radiocarbono en geología y arqueología.
Física de partículas o de altas energías
La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos.76 Se conoce a esta rama también como física de altas energías, debido a que a muchas de estas partículas solo se les puede ver en grandes colisiones provocadas en los aceleradores de partículas.
En la actualidad, las partículas elementales se clasifican siguiendo el llamado modelo estándar en dos grandes grupos: bosones y fermiones. Los bosones tienen espín entero (0, 1 o 2) y son las partículas que interactúan con la materia, mientras que los fermiones tienen espín semientero (1/2 o 3/2) y son las partículas constituyentes de la materia. En el modelo estándar se explica cómo las interacciones fundamentales en forma de partículas (bosones) interactúan con las partículas de materia (fermiones). Así, el electromagnetismo tiene su partícula llamada fotón, la interacción nuclear fuerte tiene al gluón, la interacción nuclear débil a los bosones W y Z y la gravedad a una partícula hipotética llamada gravitón. Entre los fermiones hay más variedad; se encuentran dos tipos: los leptones y los quarks. En conjunto, el modelo estándar contiene 24 partículas fundamentales que constituyen la materia (12 pares de partículas y sus correspondientes anti-partículas) junto con tres familias de bosones de gauge responsables de transportar las interacciones.
Los principales centros de estudio sobre partículas son el Laboratorio Nacional Fermi o Fermilab, en Estados Unidos y el Centro Europeo para la Investigación Nuclear o CERN, en la frontera entre Suiza y Francia. En estos laboratorios lo que se logra es obtener energías similares a las que se cree que existieron en el Big Bang y así se intenta tener cada vez más pruebas del origen del universo.
Astrofísica
La astrofísica es el desarrollo y estudio de la física aplicada a la astronomía.80 Estudia las estrellas, los planetas, las galaxias, los agujeros negros y demás objetos astronómicos como cuerpos de la física, incluyendo su composición, estructura y evolución. La astrofísica emplea la física para explicar las propiedades y fenómenos de los cuerpos estelares a través de sus leyes, fórmulas y magnitudes.
El inicio de la astrofísica fue posiblemente en el siglo XIX cuando gracias a los espectros se pudo averiguar la composición física de las estrellas. Una vez que se comprendió que los cuerpos celestes están compuestos de los mismos que conforman la Tierra y que las mismas leyes de la física y de la química se aplican a ellos, nace la astrofísica como una aplicación de la física a los fenómenos observados por la astronomía. La astrofísica se basa, pues, en la asunción de que las leyes de la física y la química son universales, es decir, que son las mismas en todo el universo.
Debido a que la astrofísica es un campo muy amplio, los astrofísicos aplican normalmente muchas disciplinas de la física, incluyendo la física nuclear (véase Nucleosíntesis estelar), la física relativísta, la mecánica clásica, el electromagnetismo, la física estadística, la termodinámica, la mecánica cuántica, la física de partículas, la física atómica y molecular. Además, la astrofísica está íntimamente vinculada con la cosmología, que es el área que pretende describir el origen del universo.
Esta área, junto a la física de partículas, es una de las áreas más estudiadas y más apasionantes del mundo contemporáneo de la física. Desde que el telescopio espacial Hubble nos brindó detallada información de los más remotos confines del universo, los físicos pudieron tener una visión más objetiva de lo que hasta ese momento eran solo teorías.
En la actualidad, todos o casi todos los astrónomos tienen una sólida formación en física y las observaciones siempre se ponen en su contexto astrofísico, así que los campos de la astronomía y astrofísica están frecuentemente enlazados. Tradicionalmente, la astronomía se centra en la comprensión de los movimientos de los objetos, mientras que la astrofísica busca explicar su origen, evolución y comportamiento. Actualmente los términos «astronomía» y «astrofísica» se suelen usar indistintamente para referirse al estudio del universo.
Biofísica
La biofísica es la ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de la física. Al aplicar el carácter probabilístico de la mecánica cuántica a sistemas biológicos, se obtienen métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas.
Se discute si la biofísica es una rama de la física, de la biología o de ambas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que esta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa. Desde un punto de vista se puede concebir que los conocimientos y enfoques acumulados en la física «pura» se pueden aplicar al estudio de sistemas biológicos. En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a la biología, pero no a la física. Sin embargo, la biofísica ofrece a la física evidencia experimental que permite corroborar teorías. Ejemplos en ese sentido son la física de la audición, la biomecánica, los motores moleculares, comunicación molecular, entre otros campos de la biología abordada por la física. La biomecánica, por ejemplo, consiste en la aplicación de conceptos de la dinámica clásica y la mecánica de sólidos deformables al comportamiento cinemático, dinámico y estructural de las diferentes partes del cuerpo.
Se estima que durante los inicios del siglo XXI, la confluencia de físicos, biólogos y químicos a los mismos laboratorios aumentará. Los estudios en neurociencia, por ejemplo, han aumentado y cada vez han tenido mayores frutos desde que se comenzó a implementar las leyes del electromagnetismo, la óptica y la física molecular al estudio de las neuronas.
Otros estudios consideran que existen ramas de la física que se deben desarrollar a profundidad como problemas físicos específicamente relacionados con la materia viviente. Así, por ejemplo, los polímeros biológicos (como las proteínas) no son lo suficientemente grandes como para poderlos tratar como un sistema mecánico, a la vez que no son lo suficientemente pequeños como para tratarlos como moléculas simples en solución. Los cambios energéticos que ocurren durante una reacción química catalizada por una enzima, o fenómenos como el acoplamiento químico-osmótico parecen requerir más de un enfoque físico teórico profundo que de una evaluación biológica.
Entre esos dos extremos aparecen problemas como la generación y propagación del impulso nervioso donde se requiere un pensamiento biológico, más un pensamiento físico así como algo cualitativamente nuevo que aparece con la visión integradora del problema.87
Una subdisciplina de la biofísica es la dinámica molecular, que intenta explicar las propiedades químicas de las biomoléculas a través de su estructura y sus propiedades dinámicas y de equilibrio.
Resumen de las disciplinas físicas
Clasificación de la física con respecto a teorías:
· Mecánica Clásica
· Mecánica cuántica
· Teoría cuántica de campos
· Teoría de la relatividad
o Relatividad especial
o Relatividad general
· Mecánica Estadística
· Termodinámica
· Mecánica de medios continuos
o Mecánica del sólido rígido, Mecánica de sólidos deformables, Elasticidad, Plasticidad
o Mecánica de fluidos.
· Electromagnetismo
o Electricidad
o Magnetismo
· Electrónica
· Astrofísica (rama de la astronomía)
· Geofísica (rama de la geología)
· Biofísica (rama de la biología)
· Óptica
Conclusión: las matemáticas están en la física
La física tan relacionada con las matemáticas de las cuales también hablaremos se encuentra con muchas magnitudes que son propias de la física:
Las unidades indicadas para cada magnitud son las utilizadas en el Sistema Internacional de Unidades.
· Geométricas
o Longitud: cuya unidad es el metro
o Área: cuya unidad es el metro cuadrado
o Volumen: cuya unidad es el metro cúbico
· Relacionadas con el tiempo y proporciones respecto al tiempo:
o Tiempo: cuya unidad es el segundo
o Velocidad: cuya unidad es el metro por segundo
o Aceleración: cuya unidad es el metro por segundo al cuadrado
o Frecuencia: cuya unidad es el hercio o hertz.
· Relacionadas con la dinámica:
o Fuerza: cuya unidad es el newton
o Trabajo: cuya unidad es el julio o joule
o Energía: cuya unidad es el julio o joule
o Potencia: cuya unidad es el vatio o watt
· Termodinámicas y relacionadas con la cantidad de materia:
o Masa: cuya unidad es el kilogramo
o Cantidad de sustancia: cuya unidad es el mol
o Temperatura: cuya unidad es el kelvin
o Presión: cuya unidad es el pascal
Podéis aprender mucho más en el Glosario de Física y de los científicos destacados de la misma.
Bibliografía
· Clagett, M. (1995). Ancient Egyptian Science. Volume 2. Philadelphia: American Philosophical Society.
· Dijksterhuis, E.J. (1986). The mechanization of the world picture: Pythagoras to Newton. Princeton, New Jersey: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-08403-9. Archivado desde el original el 5 August 2011. Parámetro desconocido |url-status= ignorado (ayuda); Parámetro desconocido |df= ignorado (ayuda)
· Feynman, R.P.; Leighton, R.B.; Sands, M. (1963). The Feynman Lectures on Physics 1. ISBN 978-0-201-02116-5. Parámetro desconocido |title-link= ignorado (ayuda)
· Feynman, R.P. (1965). The Character of Physical Law. ISBN 978-0-262-56003-0. Parámetro desconocido |title-link= ignorado (ayuda)
· Godfrey-Smith, P. (2003). Theory and Reality: An Introduction to the Philosophy of Science. ISBN 978-0-226-30063-4.
· Goldstein, S. (1969). «Fluid Mechanics in the First Half of this Century». Annual Review of Fluid Mechanics 1 (1): 1-28. Bibcode:1969AnRFM…1….1G. doi:10.1146/annurev.fl.01.010169.000245. Parámetro desconocido |doi-access= ignorado (ayuda)
· Hawking, S.; Penrose, R. (1996). The Nature of Space and Time. ISBN 978-0-691-05084-3. Parámetro desconocido |title-link= ignorado (ayuda)
· Laplace, P.S. (1951). A Philosophical Essay on Probabilities. Translated from the 6th French edition by Truscott, F.W. and Emory, F.L. New York: Dover Publications.
· Lindberg, David (1992). The Beginnings of Western Science. University of Chicago Press.
· Lloyd, G.E.R. (1970). Early Greek Science: Thales to Aristotle. London; New York: Chatto and Windus; W. W. Norton & Company. ISBN 978-0-393-00583-7.
· Mastin, Luke (2010). «Greek Mathematics – Plato». The Story of Mathematics. Consultado el 29 August 2017.
· Mattis, D.C. (2006). The Theory of Magnetism Made Simple. World Scientific. ISBN 978-981-238-579-6.
· Maxwell, J.C. (1878). Matter and Motion. D. Van Nostrand. ISBN 978-0-486-66895-6. «matter and motion.»
· Moore, J.T. (2011). Chemistry For Dummies (2 edición). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-00730-3.
· National Research Council; Committee on Technology for Future Naval Forces (1997). Technology for the United States Navy and Marine Corps, 2000–2035 Becoming a 21st-Century Force: Volume 9: Modeling and Simulation. Washington, DC: The National Academies Press. ISBN 978-0-309-05928-2.
· O’Connor, J.J.; Robertson, E.F. (February 1996a). «Special Relativity». MacTutor History of Mathematics archive. University of St Andrews. Consultado el 1 April 2014.
· O’Connor, J.J.; Robertson, E.F. (May 1996b). «A History of Quantum Mechanics». MacTutor History of Mathematics archive. University of St Andrews. Consultado el 1 April 2014.
· Oerter, R. (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Pi Press. ISBN 978-0-13-236678-6. (requiere registro).
· Penrose, R.; Shimony, A.; Cartwright, N.; Hawking, S. (1997). The Large, the Small and the Human Mind. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-78572-3. Parámetro desconocido |title-link= ignorado (ayuda)
· Penrose, R. (2004). The Road to Reality. ISBN 978-0-679-45443-4. Parámetro desconocido |title-link= ignorado (ayuda)
· Rosenberg, Alex (2006). Philosophy of Science. Routledge. ISBN 978-0-415-34317-6.
· Schrödinger, E. (1983). My View of the World. Ox Bow Press. ISBN 978-0-918024-30-5.
· Schrödinger, E. (1995). The Interpretation of Quantum Mechanics. Ox Bow Press. ISBN 978-1-881987-09-3.
· Singer, C. (2008). A Short History of Science to the 19th Century. Streeter Press.
· Smith, A. Mark (2001). Alhacen’s Theory of Visual Perception: A Critical Edition, with English Translation and Commentary, of the First Three Books of Alhacen’s De Aspectibus, the Medieval Latin Version of Ibn al-Haytham’s Kitāb al-Manāẓir, 2 vols. Transactions of the American Philosophical Society 91 (4–5). Philadelphia: American Philosophical Society. ISBN 978-0-87169-914-5. OCLC 47168716. Parámetro desconocido |title-link= ignorado (ayuda)
· Smith, A. Mark (2001a). «Alhacen’s Theory of Visual Perception: A Critical Edition, with English Translation and Commentary, of the First Three Books of Alhacen’s «De aspectibus», the Medieval Latin Version of Ibn al-Haytham’s «Kitāb al-Manāẓir»: Volume One». Transactions of the American Philosophical Society 91 (4): i-clxxxi, 1-337. JSTOR 3657358. doi:10.2307/3657358.
· Smith, A. Mark (2001b). «Alhacen’s Theory of Visual Perception: A Critical Edition, with English Translation and Commentary, of the First Three Books of Alhacen’s «De aspectibus», the Medieval Latin Version of Ibn al-Haytham’s «Kitāb al-Manāẓir»: Volume Two». Transactions of the American Philosophical Society 91 (5): 339-819. JSTOR 3657357. doi:10.2307/3657357.
· Stajic, Jelena; Coontz, R.; Osborne, I. (8 April 2011). «Happy 100th, Superconductivity!». Science 332 (6026): 189. Bibcode:2011Sci…332..189S. PMID 21474747. doi:10.1126/science.332.6026.189. Parámetro desconocido |doi-access= ignorado (ayuda)
· Taylor, P.L.; Heinonen, O. (2002). A Quantum Approach to Condensed Matter Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-77827-5.
· Thurston, H. (1994). Early Astronomy. Springer.
· Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2003). Modern Physics. W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-4345-3.
· Toraldo Di Francia, G. (1976). The Investigation of the Physical World. ISBN 978-0-521-29925-1.
· Walsh, K.M. (1 June 2012). «Plotting the Future for Computing in High-Energy and Nuclear Physics». Brookhaven National Laboratory. Archivado desde el original el 29 July 2016. Consultado el 18 October 2012. Parámetro desconocido |url-status= ignorado (ayuda)
· Young, H.D.; Freedman, R.A. (2014). Sears and Zemansky’s University Physics with Modern Physics Technology Update (13th edición). Pearson Education. ISBN 978-1-292-02063-1. Parámetro desconocido |title-link= ignorado (ayuda)
Artículo escrito por Ana María Morón Usero.
Gracias por leer. Que la ciencia y la fuerza os acompañen
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