La Importancia de la Medición en la Física: Del Espacio-Tiempo a la Relatividad

La Medición como Fundamento de la Física

El espacio, el tiempo y la materia son cantidades físicas porque se pueden medir. Es más importante saber medir estas cantidades que saberlas definir. Se pueden medir con bastante precisión: la posición de los cuerpos, las masas, los tiempos, la distancia entre las estrellas, etc.

El Principio Operacional de la Física

Es fundamental saberlas medir porque establecen leyes matemáticas, relacionando el espacio con el tiempo, ya que un cuerpo se mueve cuando cambia de posición en un transcurso de tiempo. En el siglo XIX, los físicos elaboraron el Principio Operacional de la Física (Thomson): si se quiere tener un mejor concepto de espacio, tiempo y materia, debemos aprender a medir estas cantidades cada vez con más exactitud.

Es importante tener el concepto intuitivo, pero este es muy pobre; para mejorarlo, se usa la medición del tiempo, espacio y materia, descubriendo propiedades que perfeccionan el concepto. Toda medida está sujeta a errores; no hay ninguna medida exacta. Si reducimos el error, la medida es más precisa.

Evolución de los Conceptos: De Galileo a Einstein

Cuanto más exactamente midamos estas cantidades, podremos descubrir nuevas propiedades y características de ellas que ayudan a mejorar el concepto. Por ejemplo, se descubrió que las ecuaciones de Galileo para medir la velocidad de la luz eran incompletas cuando Lorentz descubrió nuevas ecuaciones de transformación. Lorentz medía la velocidad de la luz, pero no sabía por qué eran así esas ecuaciones, hasta que en 1904 Einstein presentó su tesis para obtener su doctorado en física tratando el tema de la Relatividad, la cual explicaba las ecuaciones de Lorentz.

La Naturaleza del Fotón

La luz está formada por fotones, que son paquetes de energía; no son materia. A través de la teoría del fotón, se descubrieron propiedades de los fenómenos que se explican mediante esta teoría. En 1970, cuando sucedió el eclipse de sol de Oaxaca (la Luna tapó al Sol), se comprobó que la teoría de Einstein era cierta: el fotón tiene masa y es energía, pero no es materia. De ahí surge su fórmula:

• Energía = Masa × C² (Velocidad del fotón luminoso: el fotón infrarrojo es menos intenso que los fotones ultravioleta).
• Energía = h (constante de Planck) × ν (frecuencia de luz).
• E = mc²
• E = hν

Se trataba de comprobar que los fotones sí pesaban porque tienen masa y son energía. Con el ejemplo anterior, nos damos cuenta de que muchas teorías se formulan racionalmente y después se comprueban; si son ciertas, estas nos sirven de base para comprobar más fenómenos, y si no, se elaboran otras nuevas.

Medidas en la Física

Las medidas sirven para comprobar las teorías científicas. Por ejemplo, cuando sucedió el eclipse, los científicos sabían que la luz que fuera atraída por la Luna (cuerpo más grande) se desviaría hacia un punto específico de la Tierra; entonces podrían medir los fotones y comprobar la teoría de Einstein.

Sistemas de Unidades

Para medir existen muchos sistemas de unidades, tales como:

• El sistema inglés.
• El sistema MKS (Metro, Kilogramo, Segundo).
• El sistema CGS (Centímetro, Gramo, Segundo).