Introducción a la física.

LA CIENCIA

1. Las ciencias naturales se dividen en tres ramas fundamentales:

A) Química: es la ciencia que estudia la materia y sus transformaciones.
B) Biología: es la ciencia que estudia los seres vivos.
C) Física: Ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía y establece las leyes que explican los fenómenos naturales, excluyendo los que modifican la estructura molecular de los cuerpos.

LA FÍSICA

2. La división en las 3 ciencias solo existe en la mente de las personas pues en el mundo que nos rodea ellas aparecen interrelacionadas unas con otras y así ha sido desde el principio de todo. Pero en la actualidad aún sigue viéndose como ciencias separadas, es muy relevante que se analice el siguiente artículo:
http://www.nacion.com/ocio/artes/Imperialismo-cientifico-quimica-biologia_0_1412458781.html
3. Según la teoría más aceptada del origen de todo, la teoría del Big Bang, luego de que un punto de inmensa energía explotó, se inició la formación de micropartículas que al unirse (en solo fracciones de segundos después de la gran explosión) darían origen a los protones, electrones y neutrones, posteriormente se formarían los primeros átomos de hidrógeno y luego darían origen a las primeras estrellas, posteriormente se formarían los primeros elementos.

4. Hasta aquí todas las fuerzas implicadas y las reacciones que ocurrieron estuvieron en el ámbito de estudio de la Física y la Química, pero algunos eones después de ésta gran explosión Dios (llamado por otros Madre Naturaleza) origina la vida en la Tierra, es aquí cuando la Biología aparece en escena.
5. En un principio, una mezcla de ciencia, matemática y el esoterismo eran herramientas para solucionar los problemas o explicar los fenómenos que el hombre estaba viendo a su alrededor, podemos imaginar el primer encuentro con el fuego y entonces las explicaciones que esos hombres dieron, quizá todas en el ámbito de la fantasía, el miedo o de fuerzas que no entendían.
6. Los principios de física se aplicaron a la invención de la palanca, rueda, plano inclinado y otros, que poco a poco solucionaron las necesidades de fuerza, transporte y presión. Pero podemos citar algunos casos destacables en el desarrollo de la Física como ciencia:

FÍSICA CLÁSICA

7. 2700 A.C: El Farahón Imhotep construye la primera pirámide en Egipto, y no fue posible sino con la matemática y conocimiento de materiales que acumularon durante mucho tiempo.

8. 2537 A.C: En China se desarrollan los primeros calendarios Solares a partir de su observación astronómica para ayudar en el ordenamiento jurídico y con las cosechas. Posterior a eso casi todas las culturas desarrollaron calendarios Solares o Lunares. La observación de las estrellas ha estado unido al desarrollo de todas las grandes culturas: Mesopotamia, China, Árabe, Egipcia, Griega, Americana, etc.
9. 287 A.C: Arquímedes de Siracusa (de Italia, bajo el dominio del Imperio Griego): Físico, ingeniero, inventor, astrónomo y matemático griego. Inventó los sistemas de poleas para multiplicar fuerza, describió la palanca, el tornillo de Arquímedes para subir agua, usó espejos curvos como concentradores solares y arma de guerra, descubrió la densidad de los cuerpos.

10. 250 A.C: El Griego Filón de Bizancio escribió sobre mecánica, juguetes mecánicos, construcción de puertos, edificios, artillería e ingeniería hidráulica.

11. 100 D.C: Herón de Alejandría (de Egipto bajo el dominio del Imperio Griego): Ingeniero y Matemático que inventó la primer máquina de vapor (un cilindro –llamado la Fuente de Herón- con agua que al calentarse gira por causa del vapor que sale a presión por dos escapes), elaboró varios tratados de mecánica, hidráulica, óptica y robótica.

12. 300 D.C – 1800 D.C (Europa): Oscurantismo: El oscurantismo es el periodo en que la Iglesia procura mantener el control del conocimiento para que éste no llegue a los grupos del vulgo (la gente común). Inicia más o menos cuando Constantino (emperador de Roma) da poderes especiales a la Iglesia, que poco a poco empieza a ver con recelo la propagación del conocimiento y establece mecanismos para controlarlo, por ejemplo, guardando todos los libros en los conventos y permitiendo que leyeran dichos libros únicamente a los monjes recluidos ahí, o bien siglos después, estableciendo el consejo de inquisición (desde el siglo XII), que limitaba toda búsqueda de conocimiento, por ejemplo perseguía a los alquimistas (quemadores, que eran personas que buscaban:
a- El elixir de la vida,
b- la piedra filosofal o
c- Oro,
mediante el proceso de hervido y quemado de las sustancias, los alquimistas son la base de la química moderna) y a científicos como Pietro d’Abano, Miguel Servet y Giordano Bruno los terminó quemando en la hoguera tanto por sus ideas científicas y teológicas que estaban en contra de lo que la Iglesia decía.
13. Otro científico que se salvó por poco fue Nicolás Copérnico (cerca de 1400 E.C.) quien estudió los cielos y se dio cuenta que la Tierra no era el centro del Universo, tal como afirmaba la Iglesia (para la Iglesia, si Dios puso al hombre en la Tierra era debido a que la Tierra el centro del Universo –Geocentrismo-), cuando escribió sus descubrimientos, lo salvó de morir su Tío, quien era Obispo, aun así sufrió ataques del movimiento Luterano.
Otros científicos al ver esos casos prefirieron abandonar la ciencia.

14. 1600 D.C: Aparece La Real Academia de Ciencias de Londres y es ahí donde se reunían las mejores mentes científicas y exponían su conocimiento, sus disertaciones eran atacadas por otros científicos y de aguantar la prueba, se publicaban y se le consideraba ciencia veraz. En ella se discutieron asuntos como la Ley de Hooke (elasticidad de los cuerpos), la Ley de Boyle (sobre la presión de gases), las cuatro Leyes de Newton, entre muchos otros más.
En este punto por fin se puede hablar de Ciencia, ya que hay un método de investigación, de filtro de información y de socialización de la información.

15. Ya para finales de 1600 aparece un movimiento que promueve el conocimiento llamado “La ilustración”, éste junto con la influencia de mentes científicas como Galileo Galilei, Tycho Brahe, Johannes Kepler y el mismo Leonardo Davincy, ponen las bases definitivas para el derrumbe del Oscurantismo y es entonces cuando la ciencia vuelve a florecer y en términos generales el conocimiento, en una época llamada ahora “el renacimiento”.

FÍSICA MODERNA:

16. 1900 D.C: Thompson descubre el electrón, se propone el modelo atómico, Maxwell consigue las ecuaciones que unifican el fenómeno eléctrico y el magnético.
17. Posteriormente Einstein propone la Teoría de la Relatividad Especial y luego la Teoría de la Relatividad General que abren la mente de la humanidad con postulados como que a la velocidad de la luz el tiempo se dilata, o sea, una persona viajando a la velocidad de la luz no envejece (investigue la paradoja de los gemelos, busca en Youtube o https://tinyurl.com/linkcorto5c ), se convierte en un cuerpo de dos dimensiones perdiendo la profundidad y su masa aumenta.
18. La teoría de la relatividad ha sido comprobada de muchas formas, una de las más sorprendentes es en la sincronización de los relojes de los satélites de GPS, ya que están a mucha altura desde el centro de la Tierra, la Relatividad predice que experimentarán un retardo del tiempo, lo cual efectivamente ocurre, y aunque tienen relojes muy precisos; contra la física no se puede ir, por eso ellos deben tener en cuenta éste atraso al calcular las posiciones enviadas a la Tierra.
Si no las tomaran en cuenta y usted activa el GPS de su teléfono, encontraría una aberración de la posición en decenas o centenas de metros (vea https://tinyurl.com/linkcorto5b ).

19. Alrededor de 1930 Heisenberg, Schrödinger y Dirac ponen las bases de la Mecánica Cuántica que ayuda a entender que los principios que controlan el mundo de las partículas muy pequeñas son muy diferentes, por ejemplo, se entiende que el comportamiento de ellas no es posible definirlo con exactitud, sino más bien como posibles estados, por ejemplo; una partícula puede tener una características muy interesante, llamada el entrelazamiento cuántico de modo que dos partículas situadas en dos posiciones muy distantes entre sí, pueden presentar las mismas características tal como si fueran gemelas. De ahí surge una expresión poética:
Ella dijo: “Dime algo bonito”
Él le dijo: (∂ + m) ψ = 0
Esta es la ecuación de Dirac. Describe el fenómeno del entrelazamiento cuántico, que afirma que «si dos sistemas interactúan mutuamente durante cierto periodo y luego se separan, podemos describirlos como dos sistemas distintos, pero de una forma sutil se vuelven un sistema único. Lo que le ocurre a uno sigue afectando al otro, incluso a años luz de separación, aunque se hallen en extremos opuestos del Universo; la conexión entre ellos es instantáneo y permanente”.
Algunas personas experimentas ese mismo tipo de conexión y le llaman AMOR.

También nos permite comprender que a nivel atómico las partículas se comportan estadísticamente y es por tanto imposible conocer en el mismo momento a dónde está o la velocidad a la que mueve (Principio de incertidumbre de Heisenberg) porque si mide la velocidad, le cambia la trayectoria y si “ve” donde ésta le cambia la posición con la energía del fotón con que la vio.

FÍSICA DEL SIGLO XXI

20. La Mecánica Cuántica es fundamental para el desarrollo de la Física de Partículas. A mediados de 1900 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estándar de partículas el cual aún está en proceso y no siendo el único para explicar la interrelación entre partículas y fuerzas. El modelo estándar presenta doce partículas fundamentales (además existen sus antipartículas y en total sería 24) y son:
Partículas elementales
Familia Quarks
Leptones
Carga eléctrica +2/3 -1/3 -1 0
1ª generación Up (u) Down (d) Electrón
Neutrino de electron
2ª generación Charm (c) Strange (s) Muón Neutrino de muón
3ª generación Top (t) Botton (b) Tauón Neutrino de tauón

Tomado de: http://www.alt64.org/wiki/index.php/Part%C3%ADculas_elementales . Consultado el 14/feb/2014. Otras referencias: Partículas elementales y las interacciones básicas. Rosa María Méndez. http://astroverada.com/_/Main/T_particulas2.html . http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_de_part%C3%ADculas
Si sabes inglés y te gusta el tema, puedes profundizar aquí:
http://particleadventure.org
https://acelerandolaciencia.files.wordpress.com/2014/01/standard-model-particles-and-their-interactions.jpg

21. Todas ésta partículas se unen para formar otras partículas, Por ejemplo:
a. Dos quarks up (u) y un quark down (d) forman un protón. La suma de la carga de estos tres quarks es 1, que es la carga eléctrica del protón.
Otro ejemplo:
b. Un neutrón puede decaer (desintegrarse) en un protón, un electrón y un neutrino de electrón. Vemos que se conservan las cargas, ya que el neutrón, como su mismo nombre indica, posee carga eléctrica igual a cero.

Y ellas, o las que originan, interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales, las que serán estudiadas más adelante.

22. Cada año se comprende mejor la estructura de la materia, mayormente por los resultados de los experimentos hechos en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones https://tinyurl.com/linkcorto5) que han permitido conocer la parte más íntima de la materia y en cada nuevo experimento nos asombra con detalles desconocidos, por ejemplo el entendimiento de los bosones o partículas que portan las fuerzas, como el fotón que porta la fuerza electromagnética, el gluon la fuerza nuclear fuerte, y entre ellos el enigmático bosón de
Higgs que desde los años 60 del siglo pasado fue propuesto, pero su existencia no fue comprobada (aunque aún hay dudas) hasta el 2012; a esta partícula se le ha llamado la partícula de Dios pues es la responsable del aparecimiento de la masa de las demás partículas. Más información en: https://tinyurl.com/linkcorto5a

23. Hoy la física está trabajando en temas como la teletransportación y se han logrado algunos avances, generalmente relacionados con el fenómeno de entrelazamiento cuántico, tele transportando las características de una partícula a grandes distancias (https://tinyurl.com/linkcorto6 ), y hasta se ha propuesto la posibilidad de enviar un ser vivo, como una bacteria (https://tinyurl.com/linkcorto7 ), ésta misma propiedad de entrelazamiento cuántico abre la posibilidad de compartir información a grande distancia, y de lograrse, por ejemplo se podrá tener un método de cifrado de datos que ningún hacker podrá vulnerar (https://tinyurl.com/linkcorto8 ) o se podrá lograr manipular un robot en Marte en tiempo real. Actualmente los Robert o robots que están en Marte son manejados a control remoto con retardos de hasta 20 minutos, o sea, el técnico en Tierra envía comandos de que se mueva, recoja o mida y éstos le llegan al robot hasta 20 minutos después, lo que hace la exploración espacial bien difícil, pero con la comunicación cuántica se podrá hacer instantáneamente.

24. También la física incursiona en campos como el mejoramiento de las imágenes digitales, holografía (https://tinyurl.com/linkcorto9 ) la trasmisión de información digital mediante fibra óptica, el respaldo de información en discos duro.

25. Por otro lado, desde hace muchos años se está trabajando en un modelo que ayude a explicar todo, se llama la teoría del todo o bien su nombre largo: Teoría supersimétrica de la gran unificación, que pretende lograr una sola ecuación o un pequeño juego de ecuaciones con las que se pueda resumir todo el conocimiento de que se dispone en física.

26. El LHC y la física de partículas está ayudando enormemente a tener un modelo de la materia que satisfaga mejor lo observado, el modelo actual está quedándose corto para explicar qué son fuerzas, cómo se transmiten campos, qué es la materia oscura (un tipo de materia que se sabe que existe pues su influencia afecta la configuración de galaxias y el universo observable, pero no se ha detectado), cómo se forman las partículas, etc. Parte del modelo nuevo es la Teoría de Cuerdas que explica que las partículas actuales son solo estados de sistemas vibracionales (https://tinyurl.com/linkcorto10 ; https://tinyurl.com/linkcorto11 ).

27. En otro campo donde se trabaja bastante fuerte es en Astrofísica. Con la ayuda del telescopio espacial Hubble el hombre ha podido explorar los confines del universo, ha visto hermosísimas imágenes (https://tinyurl.com/linkcorto12 ; https://tinyurl.com/linkcorto13 ) que parecen pintadas por Dios y ha permitido entender que las estrellas tienen un ciclo de vida (que se estudiará más adelante) donde nacen, crecen, envejecen (convirtiéndose en supernovas) y mueren… dando origen a elementos químicos… los elementos de que somos formados se originaron en estrellas. Esperamos conocer aún más cuando esté orbitando el nuevo telescopio espacial
James Webb (https://tinyurl.com/linkcorto14 ) que permitirá ver en el infrarrojo (el ojo humano no detecta ese longitud de ondas) los orígenes del universo, las fuentes de radiación (estrellas, hoyos negros, pulsars, etc) desde una perspectiva diferente, tendremos una visión del universo que nadie conoce.

28. Sobre las estrellas, actualmente sabemos que ellas nacen, como estrellitas azules hermosas, crecen y maduran como estrellas amarillas y envejecen creciendo hasta llegar a ser Super Novas, después de eso, empiezan a gastar su combustible y envejecer hasta terminar en la muerte de la estrella. En la muerte de una estrella se pueden seguir 4 caminos diferentes dependiendo de su masa inicial:
a. Pueden explotar como una supernova y formar una nebulosa o quedar como simple polvo y gas en el universo.
b. Si eran pequeñas como nuestro Sol, terminan convirtiéndose en una Enana Blanca (una estrella que brilla poco).
c. Si eran unas 7 o más veces mayores que nuestro Sol, termina convirtiéndose en una Estrella de Neutrones –si gira se le llama Pulsar- (su gravedad la comprime tanto que las partículas de sus átomos se unen y todo termina siendo de carga neutra)
d. Si era 15 o más veces mayor que el Sol, su misma gravedad comprime e implota terminando en un Hoyo Negro, que tiene tanta gravedad que no deja escapar nada, ni la luz. (https://tinyurl.com/linkcorto15 ).

29. Otra aplicación importantísima de la física es en la Ingeniería, Arquitectura y Tecnología:
La física tiene su mano llena de logros, por ejemplo la creación enormes vagonetas (https://tinyurl.com/linkcorto16 ), aviones más grandes que un edificio (https://tinyurl.com/linkcorto17 ), el desarrollo de exoesqueletos que permitirán que paralíticos caminen u obreros carguen pesos imposibles hoy día (http://www.exoesqueleto.com.es/), edificios que parecen de fantasía o imposibles (https://tinyurl.com/linkcorto18 ).

30. Podríamos ampliar este tema hablando de física aplicada en la tecnología: Internet, viajes espaciales, buscadores web, Google Earth, teléfonos celulares, transmisión de imágenes a distancia, etc etc.…