[traducido por jav del libro: The world of PHYSICS, by Jefferson Hane Weaver]
INTRODUCCIÓN
Blaise Pascal, el filósofo y físico
francés del siglo XVII escribió que los humanos vivimos nuestras vidas a la mitad entre lo infinitamente grande y lo infinitamente pequeño. En su
opinión, el hombre es nada en comparación con lo infinito y todo en comparación
con lo infinitesimal, un punto medio entre todo y nada. "El hombre no es
más que una caña", dijo, "... pero una caña pensante".
Estas máximas proporcionan una buena
definición general del alcance de la física y el papel del físico: El físico
piensa en lo que existe y cómo funciona, también busca comprender la realidad,
desde la posible inmensidad infinita del Universo hasta las partículas
infinitesimales que forman la subestructura del átomo.
Las contribuciones de Pascal a la física y a la matemática de su siglo fueron notables. Los orígenes de la ciencia se pierden en la niebla de la prehistoria, pero sin duda se encuentran en las primeras observaciones del hombre de los fenómenos celestes con el propósito práctico de cronometrar el curso de las estaciones a través del año.
Gradualmente, durante muchos siglos, los observadores en Caldea, Egipto, India
y Grecia hicieron observaciones y comenzaron a registrar sus resultados para
sacar conclusiones de ellos. La ciencia antigua culminó en el mundo de
Aristóteles. Fue el filósofo más destacado de Grecia, y su prestigio fue tal
que sus palabras permanecieron como ley en todos los campos del conocimiento
durante dieciocho siglos. De hecho, la doctrina aristotélica todavía formaba el
núcleo del plan de estudios en la Universidad de Pisa cuando Galileo era un
estudiante allí.
Los siglos XVI y XVII vieron la
afirmación del método experimental en el trabajo de Copérnico, Tycho Brahe,
Galileo y Kepler, cuyos logros cambiaron para siempre nuestra visión del
Universo y el lugar del hombre en él. El curso de la física desde entonces ha
sido un progreso lento y constante, ocasionalmente paralizado, con frecuentes
desvíos hacia caminos que han demostrado ser estériles, junto con varias
ráfagas de creatividad extraordinaria que producen resultados inesperados que
han revolucionado la física una vez más. Lo que periódicamente se aclama como La Nueva Física se establece en la física hasta que algún recién llegado a las
filas del genio hace un descubrimiento estableciendo Una Nueva Física una vez
más.
Una vez que el debido trabajo de
Galileo y Kepler había sido absorbido, ocurrió un evento que puede llamarse
justamente el nacimiento de la física moderna.
El 28 de noviembre de 1660 Henry
Oldenburg fundó una academia para promover los estudios científicos en el
Gresham College de Inglaterra. Oldenburg había estado en Francia, donde se
reunió y habló con destacados científicos franceses. Los encontró
conversacionales para su gusto y citando un proverbio italiano chovinista en el
sentido de que las palabras son femeninas mientras que los hechos son
masculinos, organizó su nueva academia de "... hombres extremadamente
eruditos, notablemente versados en matemáticas y ciencias experimentales". Dos años más tarde el rey Carlos II constituyó el grupo de Oldenburg como la
Royal Society. Bajo el incansable liderazgo de Oldenburg, la Royal Society
prosperó, enfatizando constantemente la importancia de la ciencia experimental
frente a la mera reflexión filosófica.
El 6 de marzo de 1665, La Sociedad
publicó el primer número de las célebres Transacciones Filosóficas.
La
importancia de este evento apenas puede ser exagerada; fue la primera revista
científica en ofrecer una amplia difusión de nuevos conceptos y teorías. Más
importante aún, las Transacciones permiten a la Royal Society
proporcionar un foro donde otros científicos podrían examinar nuevos trabajos.
Por lo tanto, ayudó a filtrar muchas nociones equivocadas y falsos comienzos
que podrían haber ralentizado el progreso científico. Este sistema de revisión
por pares ha seguido teniendo desde entonces una fuerte influencia no solo en
la selección de artículos para los cientos de revistas que se publican ahora,
sino también en los métodos por los cuales las universidades seleccionan a los
nuevos miembros de la facultad.
El énfasis de Oldenburg en el
experimento cristalizó la física como una ciencia liberada de todo bagaje
sobrenatural que la había obstaculizado desde la antigüedad hasta su propio
tiempo. El lema de la Sociedad, "Nullius in verba", que alguien tradujo
coloquialmente como "No tomes la palabra de nadie para ello", es un
grito de guerra contra la autoridad sin fundamento. Si Aristóteles está
equivocado, está equivocado, y toda teoría debe ser rigurosamente evaluada por
experimento.
La Sociedad y sus revistas abordaron la "filosofía
natural" como una ciencia de tres partes que incluía física, química y
biología, una división que ha llevado a la distinción de ciencias físicas y
ciencias de la vida de hoy. Gradualmente, a medida que estas ciencias maduraron,
experimentaron la especialización en categorías más estrechas. Pero, así como
el propósito de acumular datos experimentales es lograr la generalización en
conceptos simples y ampliamente inclusivos, también se desarrolla la idea de
aumentar la unificación de las ciencias.
El primer gran paso hacia tal teoría
unificada llegó con la unificación de James Clerk Maxwell de la electricidad y
el magnetismo en el concepto del campo electromagnético. Esta tendencia
continúa hoy en día. Por ejemplo, la disciplina conocida como electrodinámica
cuántica proporciona un marco para las leyes eléctricas, mecánicas y químicas
conocidas. Es decir, hace una ciencia del electromagnetismo, la mecánica y la
química.
El primer genio imponente que fue desarrollado por la Royal Society fue Isaac Newton. Sus Principios Matemáticos de filosofía natural, publicados en latín a expensas de su leal amigo Edmond Halley, es una obra que durante más de dos siglos fue aceptada universalmente como La Verdad. Su influencia se sigue sintiendo en las ciencias. Los Principios de Newton fueron apoyados por crecientes acumulaciones de datos que sirvieron para ampliar la ciencia newtoniana, no para cuestionarla o desafiarla. De hecho, esta última física ha visto en gran medida una tarea de desarrollar la visión newtoniana del movimiento, la materia y la energía, a tal grado que en la década de 1890 el profesor John Trowbridge, director del departamento de física de la Universidad de Harvard, estaba instando a los estudiantes de posgrado a continuar sus estudios en otros campos, ya que en su opinión no había más investigaciones importantes que realizar en esta especialidad.
La bola de cristal de Trowbridge estaba nublada. Incluso mientras hablaba, el físico francés Antoine Becquerel estaba a punto de descubrir la radiactividad. En 1900 Max Planck iba a anunciar su teoría cuántica, y en 1903, en un solo número de Annalen der Physik, Albert Einstein había publicado (1) su primera versión de la teoría especial de la relatividad, con la unificación de la masa y la energía en su célebre fórmula E = mc2, (2) su explicación del movimiento browniano, y (3) su análisis del efecto fotoeléctrico por el que más tarde recibiría el Premio Nobel.
Una nueva era de gigantes había
llegado, y sus nombres todavía resuenan poderosamente por los pasillos de la
ciencia: Becquerel, Rutherford, Planck, Curie, Einstein, Thomson, Eddington y
Jeans. El mundo ordenado del profesor Trowbridge, donde todo ya estaba
contabilizado, fue destruido para siempre, y las reverberaciones continúan
sintiéndose hoy.
La teoría especial de Einstein combinó el espacio y el tiempo en un solo concepto conocido como el continuo espacio-tiempo. Pasó el resto de su vida intentando, sin éxito, desarrollar una teoría de campo unificado que incorporara la gravedad en el campo electromagnético. Como veremos, gran parte de su dificultad se debió a su renuencia a confiar en la teoría cuántica, a pesar de su propia contribución muy sustancial a ella, pero la búsqueda de Einstein de una fuerza unificada en la naturaleza no fue olvidada.
Hoy en día, en la rápida frontera de la física, muchos investigadores talentosos están concentrando sus esfuerzos en formular una gran teoría unificada, o GUT, que teóricamente identificaría la materia y la energía en un solo conjunto de ecuaciones. Aunque gran parte o el trabajo anterior fue iniciado por Heisenberg, Schrödinger y Fermi, la antorcha de la unidad ahora está siendo llevada por individuos como Feynmann, Gell-Mann, Schwinger, Wheeler, Hawking, Weinberg, Yang, Mills, Glashow y Rubia.
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Estos físicos trabajan en el mundo de las partículas subatómicas, un mundo tan conocido hace solo un siglo como lo eran las Américas para los egipcios, los griegos y los romanos.
Algunas de las partículas que han descubierto parecen ser energía pura, que nace y desaparece en fracciones de billonésimas de segundo, su breve existencia es detectable solo como un pequeño rastro en una placa fotográfica que representa la corta distancia recorrida a una velocidad cercana a la de la luz.
Los informes sobre esta última investigación se describen con palabras extrañas que indican partículas llamadas gluones, partículas Z y quarks, partículas caracterizadas caprichosamente como "extrañas" o "encantadas", "que poseen atributos denominados "color" y "sabor".
Al mismo tiempo, la astrofísica ha avanzado en las últimas décadas para enfrentar entidades nuevas y aún misteriosas como púlsares, cuásares y agujeros negros, que son revelados por datos recopilados por radiotelescopios desde distancias tan remotas como 15 mil millones de años luz. Estos fenómenos son mucho más asombrosos que los misterios y mitos soñados por los antiguos sacerdotes caldeos que primero miraron hacia el cielo.
El ámbito de la física actual, que va
desde lo infinitamente grande hasta lo infinitamente pequeño, parece confirmar
esa notable intuición captada por Blaise Pascal hace tres siglos, cuando Isaac
Newton todavía era un chico de campo que buscaba escapar de la granja
para seguir aprendiendo en la universidad.
[escrito en 1987…faltan ¡34 años!].
¡Física en estampillas de correo!
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