La física y las magnitudes físicas

Física

La física y las magnitudes físicas

La física es la ciencia más importante de las que estudian los fenómenos de la naturaleza. Esta disciplina se propone describir dichos fenómenos, determinar sus modalidades de desarrollo, indagar sus causas y establecer sus leyes: también pretende hallar las relaciones matemáticas que intervienen en dichos fenómenos. Los resultados de la física y las leyes que descubre constituyen el fundamento de las demás ciencias de la naturaleza (química, biología, geología, mineralogía, etc.). El campo de los fenómenos que abarca la física es extensísimo: mencionemos, a título de ejemplo la caída de los graves, la flotación de los cuerpos sólidos en un medio liquido, la congelación de una masa de agua en una noche fría, la emisión de sonido por parte de una campana, la reflexión de luz sobre una superficie lisa ( que, como se dice usualmente, hace las veces de espejo ), la descomposición de la luz blanca en un conjunto de rayos coloreados al pasar a través de un prisma de vidrio, las descargas eléctricas atmosféricas, el calentamiento de un hilo metálico recorrido por una corriente eléctrica, etc.

La historia de la física puede dividirse en dos grandes periodos. El primero abarca desde los orígenes de la curiosidad humana por el mundo exterior hasta Galileo ( 1564-1642 ) y Newton (1642-1727 ). El segundo periodo, todavía abierto, va desde Newton hasta nuestros días. El elemento que determina decisivamente el paso de un periodo al otro es el descubrimiento del método científico, un método que siguen empleando los físicos modernos. No sería correcto decir que ambos periodos están netamente separados. Indudablemente, Galileo y Newton tuvieron precursores ilustres (sobre todo Arquímedes), pero solo con Galileo el método quedo claramente formulado y solo con Newton fue utilizado en todas sus fases.

Los estadios sucesivos del método científico son sustancialmente tres: el estadio de la observación, el estadio del experimento y el estadio de la reflexión teórica y matemática. Estas tres fases, que siguen en la historia de la física, representan los momentos sucesivos de las investigaciones que realizan todavía los físicos.

La observación, la primera operación que se efectúa, es también la preponderante en la disciplina. Las más antiguas observaciones de los fenómenos naturales de remontan a comienzos de la civilización: los antiguos observaron, sin duda, que el arco iris aparecía siempre después de la lluvia, que las estaciones sucedían con regularidad y que los astros del cielo se movían alrededor de la estrella polar. Las observaciones, incluso en los tiempos antiguos, fueron todavía más lejos, pues los estudiosos no se limitaron a describir los fenómenos de la naturaleza, sino que también intentaron, en cierto modo, medirlos. Así se opero el paso de las observaciones cualitativas a las cuantitativas: solo estas últimas forman parte del método científico. Ya los caldeos y los egipcios efectuaron este tipo de observaciones, que fueron perfeccionadas por los griegos, sobre todo en los campos de la astronomía, donde obtuvieron resultados sorprendentes por su precisión.

El experimento, el segundo paso en la aplicación del método científico, consiste en no limitarse a observar y medir lo que ocurre en la naturaleza, sino en reproducir artificialmente los fenómenos, modificando las condiciones en las cuales se producen. En la actualidad, este proceder parece obvio, pero lo cierto es que hubo que esperar a Galileo, a comienzos del siglo XVII, para que tal aspecto del método científico, llamado método experimental, recibiera una formulación clara.

Para ilustrar el método experimental es útil recordar uno de los más famosos experimentos de Galileo, el de la caída de los graves; en aquella época, era opinión común que si se dejaban caer dos cuerpos, el primero en llegar al suelo sería el más pesado. La observación parecía bastante lógica. Galileo, no tanto por estar convencido de lo contrario sino para verificar tal afirmación, hizo lo que nadie había hecho antes que él: realizo un experimento. Subió a la torre de Pisa con dos balas de cañón, una grande y otra pequeña, y las dejo caer: todo el mundo pudo comprobar que ambos objetos tocaron el suelo al mismo instante.

El método experimental es un estadio insustituible del método científico. Desde el siglo XVI, en principio al menos, no a cambiado sustancialmente y se puede decir que la física tal como la conocemos hoy nació con los experimentos de Galileo.

La reflexión teórica y matemática, el tercer importante estadio de la investigación científica, fue iniciado por Newton cuando, a partir de las observaciones sobre el movimiento de los planetas y de las leyes que de ellos se deducían, construyo una {teoría}, esto es, formulo hipótesis sobre la base de las cuales se podía comprender como los planetas se movían describiendo la trayectoria observada. Se trata de la famosa teoría de la gravitación universal, según la cual (como se verá) todos los cuerpos del universo se atraen entre sí.

La formulación de teorías es un paso decisivo en el método científico y representa la fase en la cual intervienen en mayor medida la reflexión y, en un grado no desdeñable, la imaginación. Para poner en orden los datos de la observación e interpretar los resultados experimentales se descubrió que el instrumento más adecuado era la matemática: las leyes de la gravitación universal constituyen un ejemplo de deducción matemática. El físico que elabora teorías, esto es, el físico teórico, debe conocer profundamente la matemática de su tiempo.

A menudo, sin embargo, los instrumentos matemáticos disponibles no son suficientes, en cuyo caso el físico debe (si tiene posibilidad) ´´inventar” una nueva matemática. Esto es lo que hizo Newton cuando creo la rama de la matemática que más útil ha resultado ser para le descripción del mundo físico: el cálculo diferencial e integral. Incluso en tiempos más próximos a nosotros, a comienzos del siglo XX, los físicos que formularon las dos grandes teorías de la física moderna, la teoría cuántica y la teoría de la relatividad, tuvieron que hacer otro tanto e inventar una matemática nueva.

Es comprensible que el tercer estadio (el de la física teórica) fuera alcanzado mucho mas tarde, precisamente porque faltaba el instrumento ´´clave”, una matemática avanzada. Lo que en cambio puede sorprender es que se tardara tanto en llegar al estadio experimental.

No hubiera debido transcurrir tanto tiempo entre la observación y la experimentación, y hoy en día nos perece obvio ´´experimentar” después de haber observado que sucede en la naturaleza. ¿Cómo es posible que los griegos, agudos observadores de la naturaleza,

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