La Física en 5 minutos: los principales hitos

¿Cuánto sabemos del universo? En realidad, ¡muy poco! Si lo pensamos bien, hace unos 4 millones, surgió sobre la Tierra el género “Homo”, pero no fue hasta la Edad Antigua (5000 a.C.) cuando se comenzó a dar respuestas al origen de lo que percibían nuestros sentidos.

La filosofía como primer motor

Puede decirse que, la Física (otrora conocida como “Filosofía natural”) ha ido abriéndose camino a través de dioses y mitos. En el siglo VI a.C. (Edad Antigua), fue fundada en Grecia la escuela de Tales de Mileto, famosa por ser la primera “buscadora del elemento primario”. Este resultó ser el agua para Tales o el aire para Anaxímenes. En el siglo V a.C., Empédocles postuló la existencia de cuatro elementos: fuego, tierra, agua y aire. Para Leucipo y Demócrito, la base de la realidad era otra cosa a la que llamó “átomo” o “partícula indivisible”. Por otro lado, Aristóteles se centró en lo “macro” y, más concretamente, en el movimiento de cuerpos celestes (dominando el geocentrismo durante unos 2000 años). También tenemos en esta época a Arquímedes, y su famoso principio (y su no tan conocida “palanca”), y a Ptolomeo (con su modelo astronómico geocéntrico). De igual manera, otros innumerables pensadores fueron partícipes del nacimiento de la Física como forma de explicar objetivamente la realidad. La filosofía quedó relegada a un segundo papel de “generadora de preguntas”.

La gran unificación de cielos y Tierra

La Edad Media mantuvo el pensamiento clásico (“antiguo”) hasta que llegó Copérnico con su teoría heliocéntrica. En el siglo XVII, Galileo, para escarnio de la Fe cristiana de la época y del propio Papa Paulo V, impulsó la experimentación y el uso de las matemáticas para la comprensión de las leyes físicas. Fue ya en la Edad Moderna cuando Newton planteó el concepto de “fuerza” en sus “Principios matemáticos de la filosofía natural”. También esbozó su archiconocida Ley de la Gravitación Universal, demostrando a su vez las leyes de Kepler, el movimiento planetario y la caída libre de los cuerpos. Con Leibniz se desarrolló el cálculo infinitesimal. Es en esta época cuando la Física evolucionó intensamente siguiendo un método riguroso y contrastable: el “método científico”.

Electricidad y magnetismo

A final del siglo XIX surgieron nuevos descubrimientos en electricidad y magnetismo (aunque estos fenómenos ya se conocían). Roentgen descubrió los rayos X. Henri Becquerel y Marie y Pierre Curie, la radioactividad. Maxwell logró unificar una buena parte de este galimatías (en apariencia destartalado e inconexo). Con sus ecuaciones logró explicar los fenómenos electromagnéticos de manera elegante y cohesionada.

La cuántica cambió las leyes del juego

En 1900 Planck propuso el “cuanto” con la idea de resolver el problema de la radiación del cuerpo negro. El “fotón” era una suerte de “subpartícula” (más pequeña que el “átomo” de Demócrito) que viajaba a la velocidad de la luz. Es en este punto cuando se produce por primera vez un divorcio entre dos grandes campos de la Filosofía Natural. Uno de ellos estaba representado por la Mecánica Cuántica (lo “micro”, es decir, la física molecular, atómica, nuclear, etc.). El otro no sería otro que la teoría de la Relatividad de Einstein (la cual es, a su vez, uno de los pilares de la Cosmología). Esta última teoría surgió de la necesidad de reconciliar la mecánica de Newton y el electromagnetismo al plantearse cómo era posible establecer una sincronía (respecto a un observador) de sucesos físicos distintos.

La tarta de la Física

Daba la sensación (y la sigue dando) de que la “tarta de la Física” estaba repartida. Por un lado, lo macro (galaxias, estrellas, el cosmos, etc.) quedaba regido por la Relatividad (donde la gravedad pliega el espacio-tiempo y existen extraños cuerpos “tragones de luz” llamados “agujeros negros”). Por otro lado, lo micro se lo adjudicaba el “azar cuántico”. En 1927, Heisenberg postuló el “Principio de Incertidumbre” y, sin quererlo, estableció un nexo entre las ideas de la Edad Antigua y teoría físicas de la Edad Moderna.

Por la misma época, Hubble y Lemaître postularon un Universo en expansión y se aceptó que este comenzó hace 15.000 millones de años con el afamado “Big Bang”. Tras este “petardazo” se dio un período de “inflación cósmica” tras el que rápidamente disminuyó la energía y la temperatura del Universo primigenio. En este punto surgieron algunos elementos ligeros (H, He, Li y Be). A este proceso se le llamó “nucleosíntesis primordial”. Unos 30000 años después, los electrones se combinaron con núcleos, originando los primeros átomos neutros y el cosmos se volvió transparente a los fotones, dando origen al conocido como “fondo cósmico de microondas” (CMB). Este fue descubierto en 1964 por Penzias y Wilson, ingenieros de Bell Labs. Además del CMB, tenemos otros fósiles fruto de este gran enredo: los neutrinos, partículas neutras muy energéticas y de masa casi nula.

En lo micro, la física siguió avanzando y Thomson, Rutherford y Bohr descubrieron que el átomo de Demócrito estaba en realidad conformado por protones, neutrones y electrones. En 1970 en Standford (Lineal Accelerator Center), se descubrió que los neutrones y los protones están constituidos, a su vez, por quarks.

El futuro de la Física

En la actualidad, existen otras dos teorías modernas para dar cuenta de lo pequeño: las cuerdas y los bucles. Ambas postulan la existencia de una partícula mensajera de la fuerza gravitatoria llamada “gravitón”. En realidad, todas las fuerzas de la naturaleza tienen su(s) propia(s) mensajeras, llamadas “bosones”.

Ahora contamos con la actual “Teoría Cuántica de Campos”, la cual describe la interacción de 17 partículas elementales mediante tres de las cuatro fuerzas fundamentales (electromagnética, nuclear débil y fuerte). A ella le debemos los ordenadores, internet… Sin embargo, no explica el 20% de materia que no interactúa en absoluto (materia oscura), ni el 75% de “energía oscura” que se supone que debe explicar la expansión del Universo que hemos comentado antes, pero de la que no tenemos ni idea.

Nuestros sentidos pueden ser expandidos con instrumentos como los aceleradores de partículas que van descubriendo la estructura de la materia. Pese a ello, queda mucho espacio de investigación e interrelaciones, al azar o no, por demostrar. No sabemos exactamente hacia dónde vamos, pero podemos recordar de dónde venimos.

UNIR - MUY INTERESANTE

Este texto ha sido escrito conjuntamente entre alumnos y claustro de la Escuela Superior de Ingeniería y Tecnología de la Universidad Internacional de La Rioja (UNIR). El artículo forma parte de la colaboración entre MuyInteresante y el Grado en Física de UNIR.