Física moderna

imagen de fisica cuantica moderna

La física ha cambiando mucho a lo largo de su historia. Durante los años nuevas teorías y modelos físicos han ido surgiendo, explicando cada vez mejor las leyes del universo donde vivimos y usándolas para construir grandes proezas tecnológicas.

En el siglo XX tuvo lo que seguramente fue el mayor esplendor de la física de todos los siglos, naciendo buena parte de la física moderna que conocemos hoy en día.

¿Quieres saber más sobre que es la física moderna y que ramas se incluyen?

¡Quédate con nosotros que te lo explicamos!

Qué es la física moderna

Definimos la física moderna como todas las teorías que surgieron durante finales del siglo XIX, todo el siglo XX y lo que llevamos de siglo XXI.

Toda la física que vino después de las famosas leyes de Newton se considera teorías de la física moderna.

Newton revolucionó el mundo con sus tres leyes de Newton y con la ley de gravitación universal. Podíamos explicar el movimiento de fluidos, predecir el movimiento de los cuerpos celestes y predecir el movimiento de cualquier objeto de nuestro universo.

Durante muchos años se pensó que ya éramos capaces de calcular y predecir todos los fenómenos que sucedían en nuestro universo.

Los físicos, contentos de tener una explicación completa del universo, empezaron a investigar el mundo más pequeño, el de los átomos y el más grande, el de galaxias.

Y sorpresa…

Estábamos equivocados, las leyes de Newton se rompían en escalas más pequeñas y en las más grandes. Aún no teníamos una explicación completa de nuestro mundo.

Durante el siglo XX se formularon la mayor parte de las teorías físicas modernas gracias a la relatividad general y la mecánica cuántica.

En el siguiente apartado veremos las ramas que forman la física de la actualidad y como surgieron.

¿Te quedas con nosotros para descubrirlo?

Ramas y ejemplos de la física moderna

El siglo XX fue un siglo de un esplendor en la física inigualable. Los mejores genios de esta rama de la ciencia vivieron durante esa época. Surgieron las teorías más bellas y toda la física moderna de nuestro tiempo data de esos años.  

Hay un dato que me fascina y es que el conocimiento que adquirió la humanidad durante ese siglo es más que durante toda la historia de la humanidad.

¿No es increíble?

Mecánica cuántica

La mecánica cuántica empezó a cocerse a principio del siglo veinte de manos de genios como Max Planck, Louis de Broglie o Werner Heisenberg.

En 1925 el físico austriaco Erwin Schrödinger, en un retiro en un balneario de Suiza utilizó las ecuaciones de onda que ya se conocían en la época para formular la ecuación de Schrödinger. Esta ecuación permitía explicar todo lo que sucedía en el mundo cuántico como una función de onda que evoluciona en el tiempo.

Para probar su ecuación, calculó teóricamente el espectro de energía del átomo de hidrogeno, prediciendo los resultados experimentales satisfactoriamente.

Paralelamente, Werner Heisenberg formuló la mecánica cuántica desde un punto de vista matricial. Por lo tanto, había la formulación ondulatoria de Schrödinger y la formulación matricial de Heisenberg. ¿Quién tenia razón?

Años más tarde Paul Dirac demostró que estas dos formulaciones del mundo cuántico eran equivalentes.

Relatividad especial y general

En el mismo periodo de tiempo, Albert Einstein formuló la relatividad especial y la relatividad general. Gracias a estas dos teorías entendimos que el tiempo y el espacio están unidos a través del espacio-tiempo. Todo nuestro universo se encuentra inmerso en este tejido espacio-temporal. La materia deforma este tejido y la curvatura que genera es la causante de la atracción gravitatoria.

Ya teníamos la teoría que describía el mundo más pequeño, el de los átomos, y la teoría que describía el mundo más grande, el de galaxias y estrellas.

Pero… ¿Qué pasa cuando los efectos cuánticos y los efectos relativistas tienen lugar a la vez?

En los átomos más pesados, el número de electrones que orbitan el núcleo es mayor. La repulsión entre ellos genera que estos se muevan más rápido, alcanzando velocidades próximas a la de la luz. En esta situación los efectos relativistas son muy relevantes.

¡Necesitamos una teoría que relacione la relatividad con la cuántica!

Física cuántica relativista

Paul Dirac consiguió formular una ecuación que unía la ecuación de Schrödinger con la ecuación de la energía de la relatividad especial. De esta fusión nació la famosa ecuación de Dirac, capaz de describir efectos de la relatividad especial en el mundo cuántico.

Poco a poco se fue horneando la teoría cuántica de campos. Esta teoría cuántica relativista describía las distintas interacciones fundamentales del universo a través de campos cuánticos, sus energías y ciertas simetrías asociados a ellos.

Teoría cuántica de campos

A partir de estos trabajos nació la cromodinámica cuántica. La teoría cuántica de campos que describe la interacción nuclear fuerte, esa fuerza que es capaz de mantener los núcleos atómicos bien unidos.

También se formulo la teoría cuántica de campos que describe la interacción electromagnética, la electrodinámica cuántica. En esta formulación la fuerza electromagnética se describe como el intercambio de fotones entre las partículas cargadas.

¡Ya casi lo teníamos!

Hemos creado una teoría capaz de describir efectos relativistas con la mecánica cuántica, pero ¿qué pasa con la gravedad?

Nos falta encajar la teoría de la relatividad general con la física cuántica. Muchos físicos famosos como Stephen Hawking o Albert Einstein murieron sin conseguir su sueño: la teoría del todo.

Teoría de cuerdas y supercuerdas

Durante los años 60 un físico italiano llamado Gabriele Veneziano descubrió una función que conseguía explicar ciertos resultados experimentales sobre la interacción nuclear fuerte. Esta función era ni más ni menos que la función beta de Euler. 

Unos años más tarde los físicos Leonard Susskind y Yoichiru Nambu interpretaron el descubrimiento de Veneziano como un modelo de cuerdas vibrantes relativistas.

Distintos modos de vibraciones de estas cuerdas darían lugar a las distintas partículas subatómicas que conocemos. Aquí nació la teoría de cuerdas.

Los científicos vieron que para que la teoría de cuerdas cumpliera las reglas de la mecánica cuántica deberían de existir en un mundo de 26 dimensiones. Esto causó ciertas dudas entre los físicos de la época y esta teoría perdió fuerza.

Unos años más tarde, aplicando lo que se conoce como supersimetría, la teoría se redujo a 10 dimensiones. Si hicieron ciertos avances en la teoría de cuerdas que animó a los físicos a continuar con su investigación.

A principios de los años 90 había 5 teorías de supercuerdas diferentes.

¿Cómo podía ser?

Entre los años 1994 y 1997 tuvo lugar lo que se conoce como la segunda revolución de la teoría de cuerdas. 

Se demostró que las 5 teorías de supercuerdas existentes en realidad eran distintas caras de la misma moneda. Todas ellas eran equivalentes y se relacionaban a través de unas operaciones matemáticas que reciben el nombre de dualidades.