miércoles, 17 de marzo de 2010

Física periodo moderno

Física moderna (desde 1890 a la fecha).

Las grandes generalizaciones y correlacionadas encontradas en física teórica y los refinamientos de las mediciones en física experimental durante el siglo XIX, especialmente en su última parte, colocaron a la ciencia en una posición estratégica con respecto a la actividad tecnológica e industrial que entonces comenzaba. La economía mundial estaba destinada a recibir su impacto, pues aun ahora la industria no ha llegado a agotar las aplicaciones de la física clásica, aun teniendo en cuenta de que la física moderna ocupa un lugar muy importante en la escena tecnológica. Por supuesto, nos referimos a la electrónica, la televisión, la energía atómica, etc., todas ellas desconocidas antes de 1890.

La física clásica o física newtoniana es, sin embargo, la que constituye la parte principal de los programas de física en los colegios actuales especialmente en aquellos donde los estudiantes llevan una carrera en alguna de las ramas de la ingeniería. Esto se debe a que la llamada física nueva, desarrollada en el cuarto periodo no puede comprenderse sin un conocimiento profundo de la física clásica.

Aunque las realizaciones del siglo XI fueron destacadas, no debe creerse que se había llegado a la perfección: existían algunas brechas aquí y allá y también ciertas incongruencias. Por ejemplo, la teoría electromagnética de la luz era magnífica, pero para que existieran ondas electromagnéticas era necesario postular la presencia de un medio, el éter luminífero. Desgraciadamente nadie pudo encontrar una evidencia tangible de la existencia de este medio. El estudio de la radiación del calor tampoco estaba bien fundamentado. Por otra parte, descubrimientos recientes en electricidad -como el efecto fotoeléctrico donde por la acción de la luz se produce una corriente eléctrica- eran incompatibles con la teoría de la luz de Maxwell. Sin embargo, todas estas dificultades se consideraban como de poca importancia comparada con el éxito general de la física newtoniana. Se creía que más pronto o más tarde todo se arreglaría y que la física era semejante a un rompecabezas completo, excepto por unas pocas piezas.

En realidad, las dificultades se volvieron enormes cuando los físicos concentraron su atención en ellas, viéndose finalmente obligados a tomar puntos de vista completamente nuevos, como los utilizados en la teoría cuántica y en la relatividad; pero esto no sucedió hasta que una serie de descubrimientos se realizaron: el aislamiento del electrón, el descubrimiento de la radiactividad y de los rayos X y la formulación del concepto de la estructura eléctrica de la materia, que fueron todos explicados por los nuevos puntos de vista. Crookes (1832-1919) descubrió los rayos catódicos en 1878 y Thomson (1856-1940) explicó su naturaleza formada por partículas cargadas eléctricamente con signo negativo llamadas electrones. Como esto aconteció entre 1890 y 1897 estas fechas se toman como el principio de la era electrónica, aunque Stoney (1826-1911) sugirió el nombre "electrón", tan temprano como 1874. Lorentz (1853-1928) en 1895 formuló una teoría electrónica de la materia, que postulaba que los electrones en vibración originaban las radiaciones electromagnéticas predichas por Maxwell y descubiertas en 1888 por Hertz (1857-1894).

También en 1895, Roentgen (1845-1923) descubrió los rayos X y en 1896 Becquerel (1852-1908) descubrió la radiactividad. Estos descubrimientos fueron seguidos en 1898 por el aislamiento del polonio y del radio por P. Curie (1859-1906) y M. Curie (186 1 7-1934).

El año de 1900 se señala por la introducción de la teoría cuántica por Planck (1858-1947) seguida por la teoría de la relatividad en 1905 por Einstein (1870-1955). Estas dos teorías fueron la base para muchos adelantos, porque dieron nuevos puntos de vista para explicar los fenómenos naturales.

Estas teorías conmovieron en sus cimientos a la filosofía de la física y dieron la llave para la solución de varios problemas propuestos en el periodo precedente. La teoría cuántica explicó la radiación del calor y el efecto fotoeléctrico casi inmediatamente. La teoría de la relatividad fue más allá que la mecánica newtoniana en la explicación de ciertos fenómenos asociados con la materia -tales como electrones, átomos y moléculas-, moviéndose a muy grandes velocidades; también dio una explicación de la falla del experimento de Michelson-Morely (1887) para determinar la velocidad con que se mueve la Tierra con relación al éter luminífero. Aunque estas teorías fueron recibidas por los físicos con muy poco interés, gradualmente se establecieron a pesar de alterar tanto su modo de pensar, que sólo un par de generaciones atrás confesaban su imposibilidad para reconciliar algunos de sus postulados con la física clásica o aun con el sentido común. En realidad, gran parte de las nuevas teorías físicas sólo pueden expresarse matemáticamente, pero la mayoría de los físicos actuales consideran razonables los resultados de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad

Por 1911 se prestó mucho interés al campo de la física conocido como física atómica. Rutherford (1871-1937), con la ayuda de muchos colaboradores trabajando durante varios años, estableció finalmente el concepto del átomo nuclear. Bohr (1885-1962) ideó un modelo del átomo en 1913 semejante al sistema solar, y a sus planetas. Este átomo planetario consistiendo en un núcleo cargado positivamente, rodeado de electrones con carga negativa, es bastante conocido. Aunque en la actualidad esta representación se ha reemplazado más o menos por otra matemática, en la mente de los físicos teóricos muchos de los lineamientos del átomo de Bohr aún son útiles, especialmente en las explicaciones elementales de los fenómenos atómicos.

Para el no iniciado esta última frase puede parecer extraña, preguntándose quizá cómo puede aceptarse una representación si no es correcta. Este es un ejemplo del moderno punto de vista de la física y de su relación con el sentido común. La física cuántica y la relativista han preparado a la mente de los físicos para apreciar cuan compleja es en realidad la naturaleza y cuan lejos del sentido común se encuentra el mundo de los átomos y de los electrones. Recordaremos que las explicaciones son sólo relativas a los conocimientos del estudiante; así lo que para un estudiante elemental es una explicación perfectamente satisfactoria, no es apropiada para el estudiante adelantado; o dicho de otro modo: hay muchas maneras de explicar cualquier cosa. No se trata de saber cuál es la correcta, sino más bien cuál es la mejor para el propósito deseado, es decir, será la mejor explicación cuando necesite un mínimo de suposiciones. Así quizá se aclare por qué la nueva física ha confundido a las viejas generaciones.

Muchos nombres deben ser mencionados en relación con la física atómica, pero en este breve sumario sólo unos pocos parecen adecuados. W. H. Bragg (1862-1942), Aston (1877-1945), C. T. R. Wilson (1869-1959), y Millikan (1868-1953) fueron físicos que adquirieron fama antes de 1920. Por supuesto, no haremos distinción entre la física atómica y la electrónica; además esta lista dista mucho de estar completa.

Durante la década de 1920 se hicieron grandes adelantos en la electrónica, en espectroscopia y en física nuclear, aunque en todos los campos la investigación aumentó extraordinariamente después de la Primera Guerra Mundial. A. H. Cumpton (1892-1962) prácticamente quitó las últimas dudas sobre la teoría cuántica en 1923 con sus experimentos con rayos X. De Broglie (1892- ) introdujo el concepto de mecánica ondulatoria en 1924; Heisenberg (1901-), Dirac (1902-) y Schrödinger (1887-1961) desarrollaron este campo entre 1921 y 1926. Davisson (1881-1958), en los Estados Unidos, y C. P. Thomson (1892-), en Inglaterra, encontraron la evidencia experimental de la naturaleza ondulatoria del electrón en 1927 y 1928.

En 1932, Chadwick (1891-) descubrió el neutrón, una partícula fundamental que no tiene carga eléctrica, y Anderson (1905-) descubrió el electrón positivo llamado positrón. Lawrence (1901-1958) inventó el ciclotrón en ese mismo año, Joliot (1900- ) y su esposa Iréne Curie-joliot (1897-1956) descubrieron en 1934 la radiactividad artificial. Fermi (1901-1954) y otros produjeron la radiactividad artificial por captura de neutrones. Hahn (1879- ) en 1938 descubrió la fisión del uranio, la cual fue el fundamento de la bomba atómica de 1945.

Actualmente la investigación no se lleva a cabo por físicos aislados; ésta es la edad de la investigación en equipos y en muchos de los descubrimientos anotados anteriormente sólo los que encabezan la investigación han sido mencionados; seguramente centenares de otras personas han contribuido sin que nunca hayan recibido reconocimiento por su trabajo.

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