Explorando el Universo: De la Física Clásica a la Revolución Cuántica y las Fuerzas Fundamentales
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Los Cuatro Postulados Fundamentales de la Física Clásica
La física clásica emergió de una revolución en la concepción del cosmos, donde la razón prevaleció sobre la religión, estableciendo una visión mecanicista del mundo.
El universo se concibe como una gran máquina operando en un espacio y tiempo absolutos. Todos los fenómenos se reducen y comprenden a través de movimientos simples.
El universo es determinista: conociendo el estado de un objeto en movimiento en un instante dado, es posible predecir su estado futuro y pasado. Cada evento posee una causa y efecto.
La energía se explica mediante dos modelos físicos distintos: partículas u ondas. Ambos modelos se excluyen mutuamente, es decir, un fenómeno es uno o el otro.
La objetividad: los científicos, desde una posición de conocimiento, observan y estudian la naturaleza. Se asume la existencia de una realidad única y objetiva, lo que en filosofía se conoce como materialismo.
El Nacimiento de la Mecánica Cuántica: La Revolución de Max Planck
El término "cuántica" surgió en 1900, acuñado por Max Planck. Este científico se convirtió en un auténtico revolucionario al descubrir que la radiación se comportaba de manera que desafiaba todas las leyes físicas conocidas hasta ese momento.
La radiación térmica se produce al calentar un objeto (por ejemplo, un metal), lo que provoca que sus electrones vibren con mayor rapidez. Cuando un electrón se mueve, emite radiación, es decir, luz. Esta es la razón por la que un metal muy caliente cambia de color.
Mientras la física clásica asumía que el electrón de un material calentado irradiaba energía de forma continua al vibrar —como un niño que se columpia y se frena gradualmente por la fricción del aire—, Planck se sorprendió al descubrir que los electrones desafiaban estas normas. En lugar de perder energía suavemente, lo hacían en pequeños paquetes o "cuantos". Esto sería comparable a que el niño que se columpia se frenara mediante pequeños tirones discretos.
Las Cuatro Fuerzas Fundamentales de la Naturaleza
La fuerza gravitatoria es la más conocida y omnipresente. Es responsable del movimiento de los planetas alrededor del Sol, de la caída de un objeto al suelo y de la sensación de peso que experimentamos cada mañana.
La fuerza electromagnética es la misma que se manifiesta en los rayos y en la electricidad. Es millones de veces más potente que la gravitatoria. Por ejemplo, si saltamos desde un tejado, los átomos del suelo poseen cargas eléctricas negativas en su capa externa que interactúan con las de nuestro cuerpo. Estas cargas se repelen con tal fuerza que una pequeña porción de suelo es capaz de resistir la inmensa atracción gravitatoria de toda la Tierra, deteniéndonos.
La Dualidad Onda-Partícula de la Luz: Un Concepto Revolucionario
Thomas Young demostró que la luz se comporta como una onda. Al igual que las ondas que se forman al lanzar una piedra en un lago, la luz se propaga en patrones ondulatorios. Young hizo pasar un haz de luz a través de una pantalla con dos ranuras, observando que, tras atravesarlas, se generaban nuevas ondas desde dos puntos, como si fueran dos fuentes de luz. Estas ondas experimentan interferencia: en algunas zonas, las ondas se refuerzan mutuamente al coincidir sus puntos más altos (interferencia constructiva), mientras que en otras, se anulan al coincidir un máximo con un mínimo (interferencia destructiva).
Albert Einstein, basándose en sus estudios sobre el movimiento de los átomos en un líquido (comparable al flujo de un fluido por una pajita), retomó la idea de los "cuantos" de energía de Planck. Estos cuantos fueron posteriormente bautizados como fotones. La noción de que la luz estuviera compuesta por pequeñas partículas resultó difícil de asimilar para la comunidad científica de la época.
La naturaleza de la luz, ya sea como onda o como partícula, depende del experimento que se realice. Louis de Broglie propuso en su tesis que la luz, y de hecho toda la materia, posee una dualidad onda-partícula, pudiendo manifestarse como ambas al mismo tiempo.