Unas notas acerca de la Física

Desde tiempos inmemoriales (y hoy) el hombre ha tratado de entender el comportamiento de la naturaleza y sus propiedades. En este empeño, hombres determinados han logrado cambiar la interpretación de la naturaleza que la sociedad de la época asumía mayoritariamente, y de esto versa este escueto resumen de la historia de la Física.

Vamos a suponer que un marinero viaja a bordo de un navío, en un camarote estanco del mismo, y totalmente aislado, pero con una pequeña ventana al exterior que constituye su única fuente de información acerca del fenómeno siguiente:

Fenómeno:  Veo cómo otro navío se acerca al navío en el que viajo a velocidad constante.

Bien, en tal caso, nuestro marinero podría establecer las siguientes hipótesis acerca de este fenómeno:

1 ) Viajo en un navío que está parado flotando en el mar. El navío se acerca a mí a velocidad constante.

2) El navío que veo está parado. Yo me acerco al navío a velocidad constante.

3) Ambos navíos se mueven en dirección contraria y aprecio cómo el navío se acerca a una velocidad mayor que la que realmente tiene, e igual a la suma de velocidades de los navíos.

4) Ambos navíos se mueven en igual dirección y aprecio cómo el navío se acerca a una velocidad menor que la que realmente tiene, e igual a la diferencia de velocidades de los navíos.

Estas son precisamente las hipótesis de Galileo Galilei, lo que le permite establecer que el fenómeno depende del observador. Esto que hoy en día podría resultar trivial, combinado con la invención del telescopio y el estudio de la Tierra a nivel astronómico, confirma la teoría heliocéntrica de Nicolás Copérnico, lo que para nada es trivial en la época de Galileo. Es tan transgresor que se convierte en un proceso del Santo Oficio contra él.

Finalmente, el empeño de Galileo en reafirmar el modelo heliocéntrico no le cuesta la vida en la hoguera, pero tendrá que pasar mucho tiempo para que se reconozca su aporte a la Física, implantando una nueva forma de pensar basada en que la experiencia del fenómeno depende del sistema de referencia, esto es, el observador. A estas transformaciones del sistema de referencia se las llama transformaciones de Galileo.

No mucho después, la caída de una manzana sobre la cabeza de cierto físico pasa a la historia como anécdota (probablemente inventada) de que vuelve a alterarse la concepción que el ser humano tiene del universo, y esta vez lo hace a través de la Teoría de la Gravitación Universal. La formulación de las Leyes de Newton, además de completar las bases de lo que se denomina Mecánica Clásica, sintetiza extraordinariamente el conocimiento físico de la época en la obra Principia Mathematica. Puede comprobarse también que dichas Leyes de la Mecánica Clásica no entran para nada en conflicto con las transformaciones de Galileo, sino que se mantienen invariantes a ellas. Es decir, que se cumplen con independencia del sistema de referencia escogido, lo que las convierte efectivamente en Leyes.

Ya en el siglo XIX, el físico James Clerk Maxwell, es capaz de sintetizar una vez más en expresiones matemáticas los fenómenos eléctricos y magnéticos en las cuatro ecuaciones que llevan su nombre. Estudió dichos fenómenos, adelantándose a su tiempo, prediciendo que dichos campos se comportaban como una onda, lo que además de estar más que probado en la actualidad, completó el estudio macroscópico del Universo.

La proliferación en el siglo XX del estudio microscópico de la materia, de lo que se ocupa la mecánica cuántica, ha sido la apertura de la caja de los truenos, pues postula una estructura de la materia que obedece a una serie de estados cuánticos basados en cálculos estadísticos que, a pesar de estar perfectamente contrastados, comprobados, y haber dado ya como resultado múltiples tecnologías que se aplican eficientemente en la actualidad, todavía no concuerda con el modelo macroscópico de Maxwell. Mejor dicho, aún no hemos encontrado la relación entre la física cuántica y las ecuaciones de Maxwell.

Y este fue el problema cuya solución persiguió con ahínco toda su vida Albert Einstein, que si bien no obtuvo dicha solución, probablemente nos dejó en su Teoría de la Relatividad las claves para encontrar el nexo de unión entre el estudio macroscópico y microscópico del Universo.

El relativismo de Einstein seguramente sea objeto de futuros posts.

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