Introducción a las ramas de la física

Desde que Leucipo de Mileto y su alumno Demócrito cavilaran en el siglo V a.C. sobre qué compone nuestro mundo y llegaran a la conclusión de que todo lo que nos rodea no está formado sino por pequeñas esferas sólidas, invisibles e indivisibles, la física ha cambiado mucho. Y, si bien es cierto que estos cambios no hacen más que dar respuesta a unas preguntas al tiempo que plantean otras nuevas, también lo es que nos acercan poco a poco a conocer todos los mecanismos que rigen nuestro mundo.

Lo que empezó como una rama filosófica dedicada a satisfacer la curiosidad de una manera que hoy nos puede parecer hasta infantil ha avanzado hasta ser una herramienta con la que conocer y predecir el comportamiento del universo, desde el lanzamiento de una pelota hasta la exploración de nuestra galaxia. Sin embargo, el aspirar a conocer sucesos tan dispares (y, al mismo tiempo, estrechamente relacionados entre sí) requiere de la división de la física en ramas para proporcionar vías y métodos de estudio adecuados. En este artículo explicaremos brevemente todas las ramas en las que a día de hoy se divide la física, recordando también que las fronteras entre algunas de ellas pueden ser difusas y siguen siendo objeto de debate.

Mecánica

Es la rama de la física que estudia cómo se comportan los cuerpos al ser sometidos a fuerzas. Galileo, Kepler o Newton asentaron las bases de esta disciplina, que al mismo tiempo se divide en varias subdisciplinas: mecánica del sólido, mecánica del fluido, mecánica clásica... Esta última estudia los cambios de los cuerpos que se desplazan a velocidades muy inferiores a la de la luz y en campos gravitatorios con variaciones despreciables. También está estrechamente relacionada con la dinámica, que estudia el movimiento.

Óptica

El experimento de Newton que consistía en atravesar un prisma con un haz de luz para luego observar la difracción resultante asentó las bases de esta disciplina. Sin embargo, el conocimiento que se tenía en aquel momento acerca de la naturaleza de la luz era mayormente erróneo: experimentos relativamente recientes han demostrado que la luz, compuesta por fotones, tiene propiedades de onda y de cuerpo... es más, como veremos más tarde, esta propiedad se extiende a todas las partículas del universo. Volviendo con la óptica, se centra en estudiar la interacción de la luz con la materia más que su propia naturaleza; es, por ejemplo, responsable de los avances que hacen posible la corrección de los problemas de la vista mediante lentes.

Electromagnetismo

Una de las ramas de la física que más quebraderos de cabeza ha dado (y sigue dando), responsable de estudiar los fenómenos relacionados con la electricidad y el magnetismo.
En 1785, los experimentos de Coulomb dan su fruto: consigue establecer la ley del inverso del cuadrado de la distancia para los sucesos relacionados con la electricidad. Sin embargo, hasta 1897 se creía que la electricidad era un fluido: J.J. Thomson tuvo que demostrar mediante experimentos que había unas partículas responsables de este fenómeno, y las llamó electrones al tiempo que descubría el cociente entre su carga y su masa. Años antes Hans Christian Ørsted descubrió que electricidad y magnetismo estaban relacionados de alguna manera al colocar una brújula paralela a un conductor y observar como esta comenzaba a girar cuando por el hilo pasaba corriente, y en 1831 Faraday y Henry demuestran independientemente que cuando un imán se mueve cerca de un conductor, por dicho conductor circula una corriente eléctrica. James Clerk Maxwell llena las lagunas que presentaban todos estos descubrimientos y formula una sola teoría consistente: el electromagnetismo.

Termodinámica

Se dedica al estudio de los cambios sufridos a nivel macroscópico por la materia cuando se les transmite un trabajo, calor u otras formas de energía. Para simplificar las observaciones se trabaja con sistemas, como podría ser un recipiente cerrado con un gas en su interior, y tiene especial importancia en el desarrollo de la química y los procesos industriales. Se considera que la termodinámica comenzó a ser una disciplina científica en 1650, cuando Otto Van Guericke demostró el poder de la presión atmosférica al tratar de separar las dos mitades de una sencilla bomba de vacío tirando de ellas con caballos. Los aportes de Bernoulli, Lavoisier y muchos otros fueron la base de los trabajos de Sadi Carnot, considerado padre real de esta disciplina, que enuncia el ciclo de Carnot.

Acústica

Su objeto de estudio es el sonido, que no es más que la propagación de ondas mecánicas por un medio material. Las bases de las disciplina fueron asentadas por Galileo al dar una definición del sonido, y fue Newton el que enunció en su Principia la formula que permite hallar la velocidad del sonido en sólidos.

Física relativista

La mecánica clásica, como ya hemos dicho anteriormente, estudia los cuerpos que se desplazan a bajas velocidades. Pues bien, esta otra disciplina echa por tierra muchos de sus pilares: si según Newton la distancia entre dos cuerpos no varía con la velocidad de ninguno de ellos, Einstein lo niega categóricamente. El tiempo y el espacio son relativos, todo depende del sistema de referencia... menos la luz. Las ondas electromagnéticas se mueven en su propio sistema de referencia. Para poder asimilar contradicciones tan salvajes de nuestro propio sentido común, Einstein ideó también varios experimentos mentales, al igual que Galileo. La creencia común es que la Teoría de la Relatividad no ha sido demostrada completamente, pero esto es completamente erróneo. En 1919, aprovechando un eclipse, se demostró que la luz era desviada por el campo gravitatorio del Sol.

Física cuántica

El estudio de las contradicciones que se dan entre el mundo macroscópico y el mundo cuántico, a escala de átomos y partículas. El experimento estrella que nos permite entender, de nuevo, estos derribos controlados de nuestro sentido común es el de doble rendija, del que hablaremos en otro artículo. La base de esta disciplina es que, cuando se trabaja en escalas muy pequeñas, del orden de nanómetros (10^-9 metros), las leyes de la física que rigen el mundo a gran escala dejan de cumplirse. Puede parecer que la física cuántica tiene poca importancia en nuestras vidas, pues nunca nos vamos a mover en esas escalas, pero nada más lejos de la verdad: por poner un ejemplo, el que puedas pegar un imán a la nevera es consecuencia directa del espín de los electrones y el Principio de exclusión de Pauli. También hemos de tener en cuenta a la física cuántica a la hora de fabricar microprocesadores, pues los transistores se fabrican ya en 16 nm, una escala cercana al límite teórico.

Física de partículas

La rama que se dedica a estudiar las propiedades de las partículas y a clasificarlas. El postulado base de la física de partículas es que, si el universo es un muro, los fermiones y quarks son los ladrillos, y los bosones el cemento. Los quarks son partículas que componen otras partículas más conocidas, como neutrones y protones, mientras que los fermiones son indivisibles (electrón) y los bosones son responsables de las cuatro fuerzas que ordenan todo: gravedad, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y electromagnetismo. El gravitón, el bosón correspondiente a la gravedad, no es más que una hipótesis por el momento, pero recientemente el bosón de Higgs, que dotaría a los cuerpos de masa, ha pasado a ser una realidad.

Física teórica

A muchos os sonará, por ejemplo, la teoría de cuerdas. Pues bien, este es uno de los objetos de estudio de esta disciplina. El objetivo actual de la física teórica es descubrir una sola teoría que permita explicar todos los fenómenos, pues entre todas las teorías ya mencionadas hay muchas lagunas. Tender los puentes necesarios para unir todas ellas significaría, en cierto sentido, comprender el universo a la perfección: es la Teoría del Todo.

-Ábhar-