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La historia de la física


Con el tiempo, la gente siempre ha querido mejorar su comprensión del universo. La historia de la física El objetivo principal es repasar los diversos descubrimientos realizados por los físicos desde tiempos prehistóricos. Así, a través de las edades, mostraremos cuáles han sido las principales evoluciones que han hecho posible fundar nuestro conocimiento actual del universo.

Las ciencias físicas al principio

Sabemos que la física se arraiga solo en tiempos prehistóricos y en la antigüedad. Gracias a los arqueólogos, sabemos con certeza que los hombres prehistóricos fueron buenos observadores. Monumentos, como el del megalítico “Stonehenge” nos dan prueba de ello. Los hombres de la prehistoria conocieron este ardiente deseo de saber más sobre nuestro universo y trataron de reproducir ciertos fenómenos, fundaron así el primer elemento de un proceso científico que es la observación.

Además, los primeros objetos utilizados para medir el tiempo vieron su aparición durante este período de nuestra historia. El hueso de Ishango, el hueso del refugio Blanchard, pero también Stonehenge y Carnac fueron los primeros instrumentos que pudieron medir el tiempo. Este es el comienzo de la física: la descripción de ciertos mecanismos astronómicos. La física de la antigüedad, por su parte, nos es conocida de una manera mucho más precisa. El tiempo también fue una gran preocupación. El gnomon, la clepsidra y el reloj de sol son legados de la antigüedad.

Pero más allá de la medida del tiempo, se formó un conocimiento griego con físicos como Arquímedes, Tales de Milet o incluso Erasthostène. Interesados ​​en la materia y sus fenómenos, la mayoría de estos filósofos han avanzado así en nuestra comprensión del universo. La palabra "átomo" proviene del griego "atomon" que significa "indivisible". De hecho, Demócrito (-460 - -370 aC) asume que la materia está formada por partículas separadas por un vacío. Estas partículas que se dice que no se rompen, porque se consideran los elementos más pequeños, se denominarán átomos. “Finalmente, los cuerpos que vemos duros y masivos, deben su coherencia a cuerpos más enganchados, más íntimamente ligados ... Al contrario, son cuerpos lisos y redondos que forman cuerpos de naturaleza líquida y fluida”, dice. . A Arquímedes (-287 - -212 aC) se lo conoce hoy como el fundador de la mecánica estática: está en el origen de muchas máquinas de tracción, pero también de algunas de guerra, como la catapulta.

Pero es principalmente a través de su trabajo en mecánica de fluidos que se le conoce. Habiendo gritado "Eureka" según la leyenda, descubre las propiedades de los cuerpos sumergidos en un fluido, y así afirma el "principio de Arquímedes": Cualquier cuerpo sumergido en un líquido (o gas) recibe un empuje, que s 'ejerce de abajo hacia arriba, y eso es igual al peso del volumen de líquido desplazado. Este impulso se llamará el "impulso de Arquímedes". No citaremos aquí a todos los físicos de la Antigüedad, pero sin embargo es aconsejable interesarse por Eratóstenes. Este último calculó la circunferencia de la Tierra a partir de menhires y utilizando matemáticas simples. De hecho, asumiendo que los rayos del Sol son paralelos, logra medir al mediodía en Alejandría el ángulo de los rayos solares con la vertical (menhir) y encuentra 7 °. Al mismo tiempo, en Syene, una ciudad ubicada casi en el mismo meridiano, los rayos del sol no forman ningún ángulo en un pozo. Utilizando una relación de proporcionalidad, dedujo la circunferencia de la Tierra de 40,349 km, un error del 10% del valor medido hoy con precisión. Así, la física progresa y el conocimiento se acumula a través de la observación, la formulación de hipótesis y el desarrollo de teorías utilizando herramientas matemáticas.

Una progresión constante

Se inicia la Edad Media y las guerras se multiplican. Invasiones, conquistas, guerras ... y el conocimiento griego acumulado de la Antigüedad se pierde salvo unos pocos filósofos, como Boecio, que guardan alguna herencia científica de la Antigüedad a través del Quadrivium. Mientras Occidente se sumerge en un período de olvido, la civilización árabe-musulmana prosigue el trabajo iniciado por los griegos, en particular conservando los escritos de los descubrimientos, y retomando estos trabajos para profundizarlos y así fundar una civilización del conocimiento. : es la edad de oro del progreso árabe-musulmán. La invención del cero por parte de los árabes provocó un gran revuelo en las ciencias matemáticas y permitió avances en el campo, como ilustran el álgebra y científicos como Averroes (1126-1198). La astronomía también se profundiza con la invención de un primer telescopio acuático por parte del físico astrónomo Alhazen (965-1039). Este último consigue explicar fenómenos ópticos como la Luna que aparece más grande en el cielo en determinados momentos, o incluso por qué brilla la Luna. También es el primero en hablar del fenómeno de la refracción, idea que retomarán los físicos de los siglos siguientes. En mecánica, Alhazen enuncia el principio de inercia, que luego será retomado por Galileo, y también habla de la atracción de masas, idea que será retomada principalmente por Isaac Newton siglos después. El Renacimiento vio a muchos científicos revolucionar el mundo de la ciencia física. Viene Galileo (1564-1642), el astrónomo-físico que se hizo muy famoso por muchos inventos como el telescopio astronómico. Su trabajo en dinámica le enseña a comprender el movimiento de los planetas. Además, establece el principio de inercia que establece que si un objeto no está sometido a ninguna fuerza oa fuerzas cuya resultante es cero, entonces el cuerpo en cuestión está en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. Este principio constituirá la primera ley de Newton unos años más tarde. René Descartes (1596-1650), por su parte, trabajó más en óptica y expresó matemáticamente la ley de refracción de la luz, y obviamente la de la reflexión.

Pero el mayor progreso del siglo XVII fue seguramente obra del científico Isaac Newton (1643-1723). Trabaja en muchos campos, como la óptica, la mecánica y las matemáticas, y revoluciona nuestra comprensión del Universo. Newton prosigue el trabajo de Descartes (y Snell) sobre la refracción de la luz: muestra que un prisma descompone la luz en varios colores y que son estos colores los que forman la luz blanca. También está estudiando la difracción y será el inventor del telescopio de Newton, que permitirá una mejor visión y visibilidad que el telescopio astronómico de Galileo. En mecánica, Isaac Newton explica matemáticamente el movimiento de los cuerpos, utilizando vectores para modelar fuerzas. Así establece tres leyes que luego se llamarán las "leyes de Newton" y logra explicar el funcionamiento de la gravedad enunciando la ley de la gravitación universal, que publicará en su obra "Los principios de la filosofía natural "gracias a su amigo el astrónomo Halley (1656-1742). Finalmente, Leibniz (1646-1716) fue un físico importante del momento: sus descubrimientos teóricos sobre la conservación de la energía y el modelado teórico de las dimensiones espaciales y temporales habrán sido de gran utilidad para los científicos que seguirán.

Ciencias físicas post-Newtonianas

Entendemos mejor la energía y la dinámica: cinemática y dinámica, luego se creará una rama que une los dos subcampos: la termodinámica. Como sugiere su nombre, que proviene del griego antiguo "termo": calor, y "dunamis": poder (de ahí el nombre dinámico), esta rama de las ciencias físicas relaciona movimiento y energía ( el calor es solo un medio de transporte de energía). Con esta nueva rama de la física, la industria avanzará (precisamente en la era industrial) y se desarrollarán las máquinas de vapor. También aparece otra nueva rama: el electromagnetismo, con Maxwell (1831-1879). Esta nueva rama unifica la electricidad con el magnetismo, y esto con experimentos sencillos (así como en teoría con las matemáticas): una corriente eléctrica que fluye por un cable genera un campo magnético. Es el movimiento de electrones libres lo que crea un campo magnético, al mismo tiempo que una corriente eléctrica. Pero el descubrimiento más importante del siglo será sin duda el de la medición de la velocidad de la luz mediante el interferómetro por dos premios Nobel: Edward Morley (1838-1923) y Albert Abraham Michelson (1852-1931). . Señalan que la velocidad de la luz es la misma en todos los marcos de referencia del mismo medio, un descubrimiento que genera un trastorno en la dinámica. De hecho, un observador que se mueve a alta velocidad y un observador que está estacionario, en un determinado marco de referencia, verá un fotón pasar a la misma velocidad, lo que es contrario a la dinámica de la física: un observador que se mueve en sentido del fotón a alta velocidad, debería verlo progresar menos rápidamente que un observador en reposo (en un cierto marco de referencia) [1]. Esto solo puede explicarse con el principio de contracción de la longitud, que Fitzgerald (1851-1901) y Lorentz (1853-1928) están en el origen. Por tanto, se contradice la mecánica clásica.

No fue hasta Einstein (1879-1955) para conciliar este sorprendente descubrimiento con la mecánica. En 1905, publicó su teoría especial de la relatividad que prueba que si la velocidad de la luz no cambia, un movimiento se deriva de una deformación del espacio y el tiempo. Así muestra que el espacio y el tiempo no son constantes, sino que se dilatan y contraen, de ahí la experiencia imaginada de los gemelos Langevin (1872-1946) cuya vejez sería diferente según fueran viajar a alta velocidad o no (en relación con un determinado punto de referencia) [1]. La relatividad general desarrollada entre 1907 y 1915 por Einstein reconciliará la relatividad especial con una teoría de la gravedad. De hecho, Albert muestra que, según él, la gravitación es solo una deformación del espacio-tiempo. Como una pelota que ponemos sobre una lámina de goma, la deformación de esta última generaría una atracción porque un cuerpo sigue las líneas gravitacionales que llamamos geodésicas.

La relatividad general reducirá el campo de aplicación de la mecánica newtoniana, esta última ya no funcionará para los cuerpos que se mueven a muy alta velocidad. También dará lugar a nuevos conceptos, como el agujero negro, que se han detectado recientemente. También el físico Hubble (1889-1953) demostrará que las galaxias se alejan unas de otras (contrario a lo que la mecánica newtoniana podría hacernos creer) de ahí la idea de la expansión del Universo, continuó. a un evento que se llamará "Big Bang". En el campo de la mecánica cuántica, Ernest Rutherford (1871-1937) conducirá a descubrimientos extraordinarios en física nuclear. Descubrió los rayos ionizantes como la radiactividad, los rayos alfa y los rayos beta. Su experiencia con el átomo de oro pondrá de relieve la existencia de un núcleo que reúne las cargas positivas del átomo y responsable de su masa.

De nuestros días

Por lo tanto, la física tiene una base sólida que permite nuevos descubrimientos e invenciones. Aún queda por resolver la incompatibilidad entre la mecánica cuántica y la relatividad general, que son radicalmente diferentes. Todos los descubrimientos de los últimos doscientos años parecen conducir al mismo punto, a converger, de ahí la idea de una teoría del todo y de una ecuación maestra que actualmente es objeto de intensa investigación por parte de los físicos. . Las computadoras y las máquinas permiten que la física se mueva más rápido y con mayor precisión. Recientemente, la inauguración del LHC ("Gran Colisionador de Hardron") en el CERN ("Consejo Europeo de Investigación Nuclear", oficialmente: "Organización Europea de Investigación Nuclear") permitirá conocer los secretos de materia y quizás hasta reconstituir el Universo en sus inicios, en definitiva, nos promete muchas sorpresas. Gracias a las matemáticas, la informática y la tecnología, las ciencias físicas continúan avanzando y la historia de esta magnífica ciencia se sigue escribiendo ...

[1] Siempre hablamos de movimiento con respecto a un marco de referencia (sólido considerado como fijo)

Bibliografía

- Jean Rosmorduc, Historia de la física y la química. Puntos de Ciencias, 1985.

- Jean Perdijon, Historia de la física. Dunod, 2008.


Vídeo: Historia de la física. (Diciembre 2021).