Tras la clase de historia de la publicación anterior, debemos mencionar aquellas personas que destacaron tanto como para ganar un premio Nobel y no hablo de Sheldon Cooper, el cual nos enseñó sobre el Síndrome de Asperger en otras publicaciones. Hablemos de personas importantes.
Ganadores del Premio Nobel de Física
El Premio Nobel de Física (en sueco: Nobelpriset i fysik) es entregado anualmente por la Academia Sueca a «científicos que sobresalen por sus contribuciones en el campo de la física». Es uno de los cinco premios Nobel establecidos en el testamento de Alfred Nobel, en 1895, y que son dados a todos aquellos individuos que realizan contribuciones notables en la química, la física, la literatura, la paz y la fisiología o medicina.
Según lo dictado por el testamento de Nobel, este reconocimiento es administrado directamente por la Fundación Nobel y concedido por un comité conformado por cinco miembros que son elegidos por la Real Academia Sueca de las Ciencias. El primer Premio Nobel de Física fue otorgado en 1901 a Wilhelm Conrad Röntgen, de Alemania. Cada destinatario recibe una medalla, un diploma y un premio económico que ha variado a lo largo de los años. En 1901, Röntgen recibió 150 782 coronas suecas, equivalentes a 7 731 004 coronas de diciembre de 2007. En 2015, el premio fue otorgado a Takaaki Kajita y Arthur B. McDonald, quienes compartieron la cantidad de 8 000 000 de coronas suecas (algo más de 861 000 de euros, equivalente a 971 000 de dólares estadounidenses aproximadamente).Adicionalmente, el galardón es presentado en Estocolmo, Suecia, en una celebración anual que se realiza cada 10 de diciembre, en conmemoración del aniversario luctuoso de Nobel.
John Bardeen es el único galardonado que ha ganado el Premio Nobel de Física en dos ocasiones, en 1956 y en 1972. Marie Curie (la tenéis en redes sociales con toda su historia) ganó dos Premios Nobel en dos disciplinas, física en 1903 y química en 1911. William Lawrence Bragg es el galardonado más joven hasta la fecha, pues le fue concedido el Premio en 1915, cuando solo contaba con 25 años. Solo cuatro mujeres han conseguido el Premio: Marie Curie (1903), Maria Goeppert-Mayer (1963), Donna Strickland (2018) y Andrea M. Ghez (2020), lo que hace que el Nobel de Física sea el Premio Nobel que menos mujeres hayan ganado. Hasta 2015, el Premio ha sido concedido a 200 individuos. Durante seis años (1916, 1931, 1934, 1940-1942) no fue otorgado, en algunas ocasiones, por declararse desierto y, en otras, por la situación de guerra mundial y el exilio obligado de varios miembros del comité.
En muchos aspectos, la física proviene de la filosofía griega. Desde el primer intento de Tales de caracterizar la materia, hasta la deducción de Demócrito de que la materia debería reducirse a un estado invariable, la astronomía ptolemaica de un firmamento cristalino, y el libro de Aristóteles Física (un libro temprano de física, que intentaba analizar y definir el movimiento desde un punto de vista filosófico), varios filósofos griegos avanzaron sus propias teorías de la naturaleza. La física se conoció como filosofía natural hasta finales del siglo XVIII.
Para el siglo XIX, la física se realizó como una disciplina distinta de la filosofía y de las demás ciencias. La física, al igual que el resto de la ciencia, se apoya en la filosofía de la ciencia y en su «método científico» para avanzar en el conocimiento del mundo físico. El método científico emplea el razonamiento a priori así como el razonamiento a posteriori y el uso de la Inferencia bayesiana para medir la validez de una teoría determinada.
El desarrollo de la física ha respondido a muchas preguntas de los primeros filósofos, pero también ha planteado nuevas preguntas. El estudio de las cuestiones filosóficas que rodean a la física, la filosofía de la física, implica cuestiones como la naturaleza del espacio y del tiempo, el determinismo y las perspectivas metafísicas como el empirismo, el naturalismo y el realismo.
Muchos físicos han escrito sobre las implicaciones filosóficas de su trabajo, por ejemplo Laplace, que defendió el determinismo causal, y Schrödinger, que escribió sobre la mecánica cuántica. El físico matemático Roger Penrose había sido llamado platonista por Stephen Hawking, una opinión que Penrose discute en su libro, El camino a la realidad. Hawking se refirió a sí mismo como un «reduccionista desvergonzado» y discrepó de las opiniones de Penrose.
Conceptos básicos de la física
Los conceptos físicos fundamentales son aquellos que aparecen en toda teoría física de la materia, y por tanto son conceptos que aparecen en teorías físicas muy diferentes que van desde la mecánica clásica a la teoría cuántica de campos pasando por la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica no-relativista. El carácter fundamental de estos conceptos se refleja precisamente en que están presentes en toda teoría física que describa razonablemente la materia, con independencia de los supuestos y simplificaciones introducidas.
En general un concepto físico es interpretable solo en virtud de la teoría física donde aparece. Así la descripción clásica de un gas o un fluido recurre al concepto de medio continuo aun cuando en realidad la materia está formada por átomos discretos, eso no impide que el concepto de medio continuo en el contexto de aplicación de la mecánica de fluidos o la mecánica de sólidos deformables no sea útil. Igualmente, la mecánica newtoniana trata el campo gravitatorio como un campo de fuerzas, pero por otra parte la teoría de la relatividad general considera que no existen genuinamente fuerzas gravitatorias sino que los fenómenos gravitatorios son una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo.
Si se examina una lista larga de conceptos físicos rápidamente se aprecia que muchos de ellos solo tienen sentido o son definibles con todo rigor en el contexto de una teoría concreta y por tanto no son conceptos fundamentales que deban aparecer en cualquier descripción física del universo. Sin embargo, un conjunto reducido de estos conceptos físicos aparecen tanto en la descripción de la física clásica, como en la descripción de la física relativista y la de la mecánica cuántica. Estos conceptos físicos que parecen necesarios en cualquier teoría física suficientemente amplia son los llamados conceptos físicos fundamentales, una lista no exhaustiva de los mismos podría ser: espacio, tiempo, energía, masa, carga eléctrica, etc.
Teorías básicas de la física
Aunque la física se ocupa de una gran variedad de sistemas, todos los físicos utilizan ciertas teorías. Cada una de estas teorías ha sido probada experimentalmente en numerosas ocasiones y ha resultado ser una aproximación adecuada a la naturaleza. Por ejemplo, la teoría de la mecánica clásica describe con precisión el movimiento de los objetos, siempre que sean mucho más grandes que los átomos y se muevan a una velocidad mucho menor que la de la luz. Estas teorías siguen siendo áreas de investigación activa en la actualidad. La teoría del caos, un aspecto notable de la mecánica clásica, se descubrió en el siglo XX, tres siglos después de la formulación original de la mecánica clásica por Newton (1642-1727).
Estas teorías centrales son herramientas importantes para la investigación de temas más especializados, y se espera que cualquier físico, independientemente de su especialización, las conozca. Entre ellas se encuentran la mecánica clásica, la mecánica cuántica, la termodinámica y la mecánica estadística, el electromagnetismo y la relatividad especial.
La física clásica incluye las ramas y los temas tradicionales reconocidos y bien desarrollados antes de principios del siglo XX: mecánica clásica, acústica, óptica, termodinámica y electromagnetismo. La mecánica clásica se ocupa de los cuerpos sobre los que actúan fuerzas y de los cuerpos en movimiento y puede dividirse en estática (estudio de las fuerzas sobre un cuerpo o cuerpos no sometidos a una aceleración), cinemática (estudio del movimiento sin tener en cuenta sus causas), y dinámica (estudio del movimiento y las fuerzas que lo afectan); la mecánica también puede dividirse en mecánica de sólidos y mecánica de fluidos (conocida conjuntamente como mecánica del continuo), esta última incluye ramas como la hidrostática, la hidrodinámica, la aerodinámica y la neumática. La acústica es el estudio de cómo se produce, controla, transmite y recibe el sonido. Entre las ramas modernas importantes de la acústica se encuentran la ultrasónica, el estudio de las ondas sonoras de muy alta frecuencia más allá del alcance del oído humano; la bioacústica, la física de las llamadas y el oído de los animales, y electroacústica, la manipulación de las ondas sonoras audibles mediante la electrónica.
La óptica, el estudio de la luz, se ocupa no sólo de la luz visible sino también de la radiación infrarroja y la radiación ultravioleta, que presentan todos los fenómenos de la luz visible excepto la visibilidad, por ejemplo, la reflexión, la refracción, la interferencia, la difracción, la dispersión y la polarización de la luz. El calor es una forma de energía, la energía interna que poseen las partículas que componen una sustancia; la termodinámica se ocupa de las relaciones entre el calor y otras formas de energía. La Electricidad y el Magnetismo se han estudiado como una sola rama de la física desde que se descubrió la íntima conexión entre ellos a principios del siglo XIX; una corriente eléctrica da lugar a un campo magnético, y un campo magnético cambiante induce una corriente eléctrica. La electrostática se ocupa de las cargas eléctricas en reposo, el electrodinámica de las cargas en movimiento y la magnetostática de los polos magnéticos en reposo.
La física clásica se ocupa generalmente de la materia y la energía en la escala normal de observación, mientras que gran parte de la física moderna se ocupa del comportamiento de la materia y la energía en condiciones extremas o a una escala muy grande o muy pequeña. Por ejemplo, la atómica y la Física nuclear estudian la materia a la escala más pequeña en la que se pueden identificar los elementos químicos. La física de las partículas elementales se encuentra en una escala aún más pequeña, ya que se ocupa de las unidades más básicas de la materia; esta rama de la física también se conoce como física de alta energía debido a las energías extremadamente altas necesarias para producir muchos tipos de partículas en los aceleradores de partículas. A esta escala, las nociones ordinarias y comunes de espacio, tiempo, materia y energía ya no son válidas.
Las dos principales teorías de la física moderna presentan una imagen diferente de los conceptos de espacio, tiempo y materia de la presentada por la física clásica. La mecánica clásica aproxima la naturaleza como continua, mientras que la teoría cuántica se ocupa de la naturaleza discreta de muchos fenómenos a nivel atómico y subatómico y de los aspectos complementarios de las partículas y las ondas en la descripción de dichos fenómenos. La teoría de la relatividad se ocupa de la descripción de los fenómenos que tienen lugar en un marco de referencia que está en movimiento con respecto a un observador; la teoría especial de la relatividad se ocupa del movimiento en ausencia de campos gravitatorios y la teoría general de la relatividad del movimiento y su conexión con la gravitación. Tanto la teoría cuántica como la teoría de la relatividad encuentran aplicaciones en todas las áreas de la física moderna.
Las observaciones no coinciden con las predicciones de la mecánica clásica. Einstein aportó el marco de la relatividad especial, que sustituyó las nociones de tiempo y espacio absolutos por las de espacio-tiempo y permitió una descripción precisa de los sistemas cuyos componentes tienen velocidades cercanas a la de la luz. Planck, Schrödinger y otros introdujeron la mecánica cuántica, una noción probabilística de las partículas y las interacciones que permitió una descripción precisa de las escalas atómica y subatómica. Posteriormente, la teoría cuántica de campos unificó la mecánica cuántica y la relatividad especial. La relatividad general permitió un espacio-tiempo dinámico y curvo, con el que se pueden describir bien los sistemas altamente masivos y la estructura a gran escala del universo. La relatividad general aún no se ha unificado con las otras descripciones fundamentales; se están desarrollando varias teorías candidatas de gravedad cuántica.
Conclusión
En la próxima publicación como en todas las grandes ciencias (biología y química, ya lo vimos), tienen sus distintas ramas cual árbol maravilloso de conocimiento. Por tanto, hablamos de las ramas de la física.
Podéis aprender mucho más en el Glosario de Física y de los científicos destacados de la misma.
Artículo escrito por Ana María Morón Usero.
Gracias por leer. Que la ciencia y la fuerza os acompañen
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