Evolució de la Mecànica: De Newton a la Física Quàntica

Mecànica Clàssica: Newton

Fonaments de la Mecànica Newtoniana

La mecànica clàssica es presenta com un sistema anomàlic deductiu que, a partir d'uns conceptes i principis fonamentals, dedueix matemàticament les lleis que regeixen el funcionament de la natura. Comença amb definicions sobre magnituds físiques, seguides d'un estudi sobre l'espai, el temps i el moviment.

Lleis bàsiques del moviment:

1. Llei de la inèrcia: Tot cos persevera en el seu estat de repòs o MRU, llevat que sigui modificat per l'acció d'alguna força.
2. Llei de la força: El canvi de moviment és proporcional a les forces motrius impreses i es produeix segons la línia recta en què ha actuat.
3. Llei d'acció i reacció: Es produeix una reacció contrària i igual a una acció: les accions de dos cossos són iguals i de sentit contrari.

Llei de la Gravitació Universal

La llei de la gravitació unifica les dinàmiques celestes i terrestres, ja que explicava fenòmens que semblen diferents, com la caiguda d'objectes cap al centre de la Terra, el moviment de la Lluna i els planetes, i les marees. Diu que dos cossos s'atreuen amb una força directament proporcional al quadrat de la distància que els separa.

Reptes a la Mecànica Clàssica

Descobriments que qüestionen Newton

Es van fer descobriments teòrics que posaven en dificultat la mecànica newtoniana i exigien una revolució teòrica. Cal destacar la demostració que la propagació de la llum es fa amb una velocitat finita, els arguments de Mach contra l'espai absolut de Newton i la unificació dels camps elèctrics i magnètics per Maxwell.

Experiment de Michelson-Morley

Michelson i Morley van mostrar un fenomen imprevist: la velocitat de la llum era constant amb independència del moviment de l'emissor, contradient el principi de la relativitat galileana i soscavant els fonaments de la mecànica newtoniana.

Teoria de la Relativitat d'Einstein

Abandonament de l'espai i temps absoluts

Einstein va afirmar que es podia prescindir de l'èter si s'abandonava la idea newtoniana d'un temps i un espai absoluts independents dels objectes que existien i dels esdeveniments que ocorren. Acceptava que les lleis de la natura eren les mateixes per a tots els observadors i que la llum era constant. Per a Galileu, el moviment era relatiu al sistema de referència, però segons Michelson, la velocitat de la llum és constant per a tots, i els dos observadors haurien de mostrar un temps diferent.

Física Quàntica

Planck i la quantització de l'energia

Planck va dur a terme un descobriment transcendental: l'energia es transmetia en paquets. Matèria i energia: discontinues...

Schrödinger i la mecànica quàntica

Schrödinger va recollir idees de Planck, Newton i Broglie i va anomenar la mecànica quàntica: matèria: ona i partícula, amb la qual cosa es difuminava el concepte clàssic de matèria.

Principi d'indeterminació de Heisenberg

Aquesta destrucció del model clàssic va rebre el cop definitiu quan Heisenberg va enunciar el principi d'indeterminació: no es pot determinar alhora la velocitat i la posició d'una partícula: conèixer una, l'altra no.

Conseqüències de la Relativitat i la Física Quàntica

La relativitat i la mecànica quàntica havien fet miques l'esquema clàssic de la realitat: segons la velocitat, el temps s'accelera o s'endarrereix i la massa s'engrandeix o disminueix, l'energia en paquets i la matèria es difumina en ones. L'estat futur de les quals només podem conèixer probabilísticament. Això ens ha portat a una nova concepció de l'Univers com una nova realitat que va tenir un principi i està en canvi constant.

Noves Tècniques en l'Estudi de l'Univers

S'havien introduit noves tècniques en l'estudi de l'univers amb les quals es va passar de la pura observació a l'experimentació, amb la qual es va poder conèixer la composició material dels astres. Això va permetre una mesura més exacta de les distàncies i posicions de les estrelles i evidenciar un univers gran, on el Sol no és el centre, que les galàxies no formaven part de la Via Làctia sinó que aquesta era una galàxia, i que les estrelles tenen processos evolutius.

Llei de Hubble i l'expansió de l'Univers

Hubble va observar que els espectres de les galàxies estaven desplaçats cap al vermell, indicant que s'estaven allunyant de nosaltres. Descobreix que com més lluny és una galàxia, més sembla allunyar-se.