Diferencia entre revisiones de «Física»
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[[Archivo:Newtons cradle animation smooth.gif|250px|thumb|{{cita|Si he logrado ver más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes.|Sir [[Isaac Newton]].}}]]
La '''física''' (del [[latín|lat.]] physĭca, y este del [[idioma griego|gr.]] τὰ φυσικά, neutro plural de φυσικός) es una [[ciencia]] [[ciencias naturales|natural]] que estudia las propiedades del [[espacio]], el [[tiempo]], la [[materia]] y la [[energía (física)|energía]], así como sus [[interacciones fundamentales|interacciones]].
La física no es sólo una [[ciencia]] teórica, es también una ciencia [[experimento|experimental]]. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la [[química]], la [[biología]] y la [[electrónica]], además de explicar sus fenómenos.
La física en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad ha llegado a límites impensables, el conocimiento actual abarca desde la descripción de [[partículas elementales|partículas fundamentales]] microscópicas, el [[cosmología|nacimiento de las estrellas]] en el [[universo]] e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció los primeros instantes del [[origen del universo|nacimiento de nuestro universo]], por citar unos pocos conocimientos.
Esta tarea comenzó hace más de dos mil años con los primeros trabajos de [[Filosofía|filósofos]] griegos como [[Demócrito]], [[Epicuro]] o [[Aristóteles]], y continuada después por [[científico]]s como [[Galileo Galilei]], [[Isaac Newton]], [[James Clerk Maxwell]], [[Albert Einstein]], [[Niels Bohr]], [[Werner Heisenberg]], [[Paul Dirac]], [[Richard Feynman]], entre muchos otros.
== Historia de la física ==
[[Archivo:Niels Bohr Albert Einstein by Ehrenfest.jpg|thumb|right|200px|{{cita|Dios no juega a los dados.|[[Albert Einstein]].}}{{cita|Einstein, deje de decirle a Dios lo que tiene que hacer con sus dados.|[[Niels Bohr]].}}]]
{{AP|Historia de la física}}
Se conoce que la mayoría de civilizaciones de la antigüedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su entorno, miraban las estrellas y pensaban como ellas podían regir su mundo. Esto llevó a muchas interpretaciones de carácter mas filosófico que físico, no en vano en esos momentos la física se la llamaba [[filosofía natural]]. Muchos filósofos se encuentran en el desarrollo primigenio de la física, como [[Aristóteles]], [[Tales de Mileto]] o [[Demócrito]], por ser los primeros en tratar de buscar algún tipo de explicación a los fenómenos que los rodeaban.<ref>{{cita web|url= http://es.geocities.com/rdelgado01/webhistfis/5GreciaromF.htm| título = De Aristóteles a Ptolomeo| fechaacceso = 29/01/2008|autor=Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos)}}</ref> A pesar de que las teorías descriptivas del universo que dejaron estos pensadores eran erradas, éstas tuvieron validez por mucho tiempo, casi dos mil años, en parte por la aceptación de la [[iglesia católica]] de varios de sus preceptos como la [[teoría geocéntrica]] o las tesis de Aristóteles.<ref name="medioevo">{{cita web|url = http://es.geocities.com/rdelgado01/webhistfis/6medioevoF.htm#adios| título= Ideas físicas en el Medioevo|fechaacceso=29/01/2008|autor=Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos)}}</ref>
Esta etapa denominada [[oscurantismo]] en la ciencia termina cuando [[Nicolás Copérnico]], considerado padre de la [[astronomía]] moderna, en [[1543]] recibe la primera copia de su ''[[De Revolutionibus Orbium Coelestium]]''. A pesar de que Copérnico fue el primero en formular teorías plausibles, es otro personaje al cual se le considera el padre de la física como la conocemos ahora. Un catedrático de matemáticas de la [[Universidad de Pisa]] a finales del [[siglo XVI]] cambiaría la historia de la ciencia empleando por primera vez experimentos para comprobar sus aseveraciones, [[Galileo Galilei]]. Con la invención del [[telescopio]] y sus trabajos en [[plano inclinado|planos inclinados]], Galileo empleó por primera vez el [[método científico]] y llegó a conclusiones capaces de ser verificadas. A sus trabajos se le unieron grandes contribuciones por parte de otros [[científico]]s como [[Johannes Kepler]], [[Blaise Pascal]], [[Christian Huygens]].<ref name="medioevo" />
Posteriormente, en el [[siglo XVII]], un científico inglés reúne las ideas de [[Galileo]] y [[Kepler]] en un solo trabajo, unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en la tierra en lo que el llamó [[gravedad]]. En [[1687]], [[Sir Isaac Newton]] en su obra ''[[Philosophiae Naturalis Principia Mathematica]]'' formuló los tres [[principio]]s del [[movimiento (física)|movimiento]] y una cuarta [[Ley de la gravitación universal]] que transformaron por completo el mundo físico, todos los fenómenos podían ser vistos de una manera mecánica.<ref>{{cita web|url= http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/lectures/newton.html| título=Isaac Newton| fechaacceso = 31/01/2008|idioma=inglés|autor=Michael Fowler|año=1995}}</ref>
El trabajo de [[Newton]] en el campo, perdura hasta la actualidad; todos los fenómenos macroscópicos pueden ser descritos de acuerdo a sus [[Leyes de Newton|tres leyes]]. De ahí que durante el resto de ese siglo y el posterior [[siglo XVIII]], todas las investigaciones se basaron en sus ideas. De ahí que otras disciplinas se desarrollaron, como la [[termodinámica]], la [[óptica]], la [[mecánica de fluidos]] y la [[mecánica estadística]]. Los conocidos trabajos de [[Daniel Bernoulli]], [[Robert Boyle]], [[Robert Hooke]] entre otros, pertenecen a esta época.<ref>{{cita web|url = http://es.geocities.com/rdelgado01/webhistfis/7REV2F.htm| título= La física del siglo XVIII|fechaacceso=01/02/2008|autor=Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos)}}</ref>
Es en el [[siglo XIX]] donde se producen avances fundamentales en la [[electricidad]] y el [[magnetismo]] principalmente de la mano de [[Charles-Augustin de Coulomb]], [[Luigi Galvani]], [[Michael Faraday]] y [[Georg Simon Ohm]] que culminaron en el trabajo de [[James Clerk Maxwell]] de [[1855]] que logró la unificación de ambas ramas en el llamado [[electromagnetismo]]. Además se producen los primeros descubrimientos sobre [[radiactividad]] y el descubrimiento del [[electrón]] por parte de [[Joseph John Thomson]] en [[1897]].<ref>{{cita web|url = http://es.geocities.com/rdelgado01/webhistfis/8SXIXF.htm| título= Nuevo Paradigma electromagnético en el siglo XIX|fechaacceso=01/02/2008|autor=Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos)}}</ref>
Durante el [[Siglo XX]], la Física se desarrolló plenamente. En [[1904]] se propuso el primer modelo del [[átomo]]. En [[1905]], Einstein formuló la [[Relatividad especial|Teoría de la Relatividad especial]], la cual coincide con las [[Leyes de Newton]] cuando los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. En [[1915]] extendió la Teoría de la Relatividad especial, formulando la [[relatividad general|Teoría de la Relatividad general]], la cual sustituye a la Ley de gravitación de Newton y la comprende en los casos de masas pequeñas. [[Max Planck]], [[Albert Einstein]], [[Niels Bohr]] y otros, desarrollaron la [[Teoría cuántica]], a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos. En [[1911]], [[Ernest Rutherford]] dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersión de partículas. En [[1925]] [[Werner Heisenberg]], y en [[1926]] [[Erwin Schrödinger]] y [[Paul Adrien Maurice Dirac]], formularon la [[Mecánica cuántica]], la cual comprende las teorías cuánticas precedentes y suministra las herramientas teóricas para la [[Física de la materia condensada]].<ref name="XX">{{cita web|url = http://es.geocities.com/rdelgado01/webhistfis/9HitosXXF.htm#electronica| título= La física del siglo XX|fechaacceso=01/02/2008|autor=Rolando Delgado Castillo, Francisco A. Ruiz Martínez (Universidad de Cienfuegos)}}</ref>
Posteriormente se formuló la [[Teoría cuántica de campos]], para extender la mecánica cuántica de manera consistente con la Teoría de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de los [[40]], gracias al trabajo de [[Richard Feynman]], [[Julian Schwinger]], [[Tomonaga]] y [[Freeman Dyson]], quienes formularon la [[Electrodinámica cuántica|teoría de la electrodinámica cuántica]]. Asimismo, esta teoría suministró las bases para el desarrollo de la [[física de partículas]]. En [[1954]], [[Chen Ning Yang]] y [[Robert Mills (físico)|Robert Mills]] desarrollaron las bases del [[modelo estándar]]. Este modelo se completó en los [[años 1970]], y con él fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente, pero que fueron descubiertas sucesivamente, siendo la última de ellas el [[quark top]].<ref name="XX" />
Los intentos de unificar las cuatro [[interacciones fundamentales]] ha llevado a los físicos a nuevos campos impensables. Las dos teorías más aceptadas, la [[mecánica cuántica]] y la [[relatividad general]], que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micromundo, parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista. Es por eso que nuevas teorías han visto la luz, como la [[supergravedad]] o la [[teoría de cuerdas]], que es donde se centran las investigaciones a inicios del [[siglo XXI]].
== Teorías centrales ==
La física en su búsqueda de describir la verdad última de la [[naturaleza]], tiene varias bifurcaciones, las cuales podría agruparse en cinco teorías ''principales'': la [[mecánica clásica]] describe el movimiento macroscópico, el [[electromagnetismo]] describe los fenómenos electromagnéticos como la [[luz]], la [[relatividad]] formulada por [[Einstein]] describe el [[espacio-tiempo]] y la [[interacción gravitatoria]], la [[termodinámica]] describe los fenómenos moleculares y de intercambio de [[calor]], y finalmente la [[mecánica cuántica]] describe el comportamiento del [[átomo|mundo atómico]].
=== Mecánica clásica ===
[[Archivo:Gyroscope operation.gif|thumb|[[Giróscopo]], un dispositivo mecánico.]]
{{AP|Mecánica clásica}}
Como mecánica clásica se conoce a la descripción del movimiento de cuerpos macroscópicos a velocidades muy pequeñas en comparación la velocidad de la luz. Existen dos tipos de formulaciones de ésta mecánica conocidas como [[mecánica newtoniana]] y [[mecánica analítica]].
La mecánica newtoniana, como su nombre lo indica, lleva intrínsecos los preceptos de [[Newton]]. A partir de las [[Leyes de Newton|tres ecuaciones]] formuladas por Newton y mediante el [[cálculo diferencial]] e [[cálculo integral|integral]] se llega a una muy exacta aproximación de los fenómenos físicos. Ésta formulación también es conocida como mecánica vectorial y es debido a que a varias magnitudes se les debe definir su [[vector]] en un [[sistema de referencia inercial]] privilegiado.<ref name="clasica">{{cita web|url=http://www.lfp.uba.ar/Minotti/mecanica/cursomec.pdf| título = Apuntes de Mecánica Clásica| fechaacceso= 31/01/2008|autor= Fernando O. Minotti|año=2004}}</ref>
La mecánica analítica es una formulación matemática abstracta sobre la mecánica, nos permite desligarnos de esos [[sistema de referencia|sistemas de referencia]] privilegiados y tener conceptos más generales al momento de describir un movimiento con el uso del [[cálculo de variaciones]]. Existen dos formulaciones equivalentes, la llamada [[mecánica lagrangiana]] es una reformulación de la mecánica realizada por [[Joseph Louis Lagrange]] que se basa en la, ahora llamada, ecuación de Euler-Lagrange (ecuaciones diferenciales de segundo orden) y el principio de mínima acción; la otra llamada [[mecánica hamiltoniana]] es una reformulación máss teórica basada en una [[funcional]] llamada hamiltoniano realizada por [[William Rowan Hamilton]]. En última instancia las dos son equivalentes.<ref name="clasica" />
En la mecánica clásica en general se tienen tres aspectos invariantes: el [[tiempo]] es absoluto, la naturaleza de forma espontánea realiza la [[principio de mínima acción|mínima acción]] y la concepción de un [[causalidad (física)|universo determinado]].
=== Electromagnetismo ===
[[Archivo:Magnetosphere rendition.jpg|thumb|right|200px|[[Magnetósfera]] terrestre.]]
{{AP|Electromagnetismo}}{{VT|Óptica}}
El [[electromagnetismo]] describe la interacción de partículas cargadas con [[campo eléctrico|campos eléctricos]] y [[campo magnético|magnéticos]]. Se puede dividir en [[electrostática]], el estudio de las interacciones entre [[carga]]s en reposo, y la [[electrodinámica]], el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y la [[radiación]]. La teoría clásica del electromagnetismo se basa en la [[fuerza de Lorentz]] y en las [[ecuaciones de Maxwell]].
La electrostática es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en reposo. Como se describe por la [[ley de Coulomb]], estos cuerpos ejercen fuerzas entre sí. Su comportamiento se puede analizar en términos de la idea de un campo eléctrico que rodea cualquier cuerpo cargado, de manera que otro cuerpo cargado colocado dentro del campo estará sujeto a una [[fuerza]] proporcional a la magnitud de su carga y de la magnitud del campo en su ubicación. El que la fuerza sea [[atracción|atractiva]] o [[repulsión|repulsiva]] depende de la [[polaridad]] de la carga. La electrostática tiene muchas aplicaciones, que van desde el análisis de fenómenos como [[tormenta eléctrica|tormentas eléctricas]] hasta el estudio del comportamiento de los [[tubo electrónico|tubos electrónicos]].
La electrodinámica es el estudio de los fenómenos asociados a los cuerpos cargados en movimiento y a los campos eléctricos y magnéticos variables. Dado que una carga en movimiento produce un campo magnético, la electrodinámica se refiere a efectos tales como el magnetismo, la [[radiación electromagnética]], y la [[inducción electromagnética]], incluyendo las aplicaciones prácticas, tales como el [[generador eléctrico]] y el [[motor eléctrico]]. Esta área de la electrodinámica, conocida como electrodinámica clásica, fue sistemáticamente explicada por [[James Clerk Maxwell]], y las ecuaciones de Maxwell describen los fenómenos de esta área con gran generalidad. Una novedad desarrollada más reciente es la [[electrodinámica cuántica]], que incorpora las leyes de la [[teoría cuántica]] a fin de explicar la interacción de la radiación electromagnética con la [[materia]]. [[Paul Dirac]], [[Heisenberg]], y [[Wolfgang Pauli]] fueron pioneros en la formulación de la electrodinámica cuántica. La [[electrodinámica relativista]] da unas correcciones que se introducen en la descripción de los movimientos de las partículas cargadas cuando sus velocidades se acercan a la [[velocidad de la luz]]. Se aplica a los fenómenos involucrados con [[acelerador de partículas|aceleradores de partículas]] y con tubos electrónicos funcionando a altas tensiones y corrientes.
El electromagnetismo abarca diversos fenómenos del mundo real como por ejemplo, la [[luz]]. La luz es un [[campo electromagnético]] oscilante que se irradia desde partículas cargadas aceleradas. Aparte de la gravedad, la mayoría de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia de electromagnetismo.
Los principios del electromagnetismo encuentran aplicaciones en diversas disciplinas afines, tales como las [[microonda]]s, [[antena]]s, máquinas eléctricas, comunicaciones por [[Satélite artificial|satélite]], [[bioelectromagnetismo]], [[plasma]]s, investigación nuclear, la [[fibra óptica]], la interferencia y la compatibilidad electromagnéticas, la conversión de energía electromecánica, la [[meteorología]] por [[radar]], y la observación remota. Los dispositivos electromagnéticos incluyen [[transformador]]es, relés eléctricos, [[Radio (medio de comunicación)|radio]] / [[TV]], [[teléfono]]s, motores eléctricos, líneas de transmisión, guías de onda, [[fibra óptica|fibras ópticas]] y [[láser]]es.
[[Archivo:Electromagnetic spectrum (es).gif|thumb|center|500px|[[Espectro electromagnético]].]]
=== Relatividad ===
[[Archivo:Cassini-science-br.jpg|thumb|Dibujo artístico acerca de una prueba realizada con alta precisión por la sonda [[Cassini-Huygens|Cassini]] al enviar señales a la tierra y al describir la trayectoria predicha.]]
{{AP|Teoría de la Relatividad}}
La relatividad es la teoría formulada principalmente por [[Albert Einstein]] a principios del [[siglo XX]], se divide en dos cuerpos de investigación: la [[relatividad especial]] y la [[relatividad general]].
En la teoría de la relatividad especial, Einstein, [[Hendrik Lorentz|Lorentz]], [[Hermann Minkowski|Minkowski]] entre otros, unificaron los conceptos de [[espacio]] y [[tiempo]], en un ramado tetradimensional al que se le denominó [[espacio-tiempo]]. La relatividad especial fue una teoría revolucionaria para su época, con la que el tiempo absoluto de Newton quedo relegado y conceptos como la invariancia en la [[velocidad de la luz]], la [[dilatación del tiempo]], la [[contracción de la longitud]] y la [[equivalencia entre masa y energía]] fueron introducidos. Además con las formulaciones de la relatividad especial, las leyes de la física son invariantes en todos los [[sistema de referencia inercial|sistemas de referencia inerciales]], como consecuencia matemática se encuentra como límite superior de velocidad a la luz y se elimina la [[causalidad (física)|causalidad]] determinista que tenía la física hasta entonces. Hay que indicar que las leyes del movimiento de Newton es un caso particular de esta teoría donde la [[masa]] al viajar a velocidades muy pequeñas no experimenta variación alguna en longitud ni se transforma en energía y el tiempo se le puede considerar absoluto.
Por otro lado, la [[relatividad general]] estudia la [[interacción gravitatoria]] como una deformación en la geometría del [[espacio-tiempo]]. En esta teoría se introducen los conceptos de la [[curvatura del espacio-tiempo]] como la causa de la interacción gravitatoria, el [[principio de equivalencia]] que dice que para todos los observadores locales inerciales las leyes de la relatividad especial son invariantes y la introducción del movimiento de un partícula por líneas [[geodésica]]s. La relatividad general no es la única teoría que describe a la atracción gravitatoria pero es la que mas datos relevantes comprobables ha encontrado. Anteriormente a la interacción gravitatoria se la describía matemáticamente por medio de una distribución de [[masa]]s, pero en esta teoría no solo la masa percibe esta interacción si no también la [[energía]] mediante la curvatura del espacio-tiempo y es por eso que se necesita otro lenguaje matemático para poder describirla, el [[cálculo tensorial]]. Muchos fenómenos, como la curvatura de la luz por acción de la gravedad y la desviación en la [[órbita]] de [[Mercurio (planeta)|Mercurio]] son perfectamente predichas por esta formulación. La relatividad general también abrió otro campo de investigación en la física, conocido como [[cosmología]] y es ampliamente utilizada en la [[astrofísica]].<ref>{{cita libro|url= http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/078/htm/relativ.htm| título= Relatividad para principiantes|autor= Shahen Hacyan|id=ISBN 968-16-3152-8| año=1995 | editorial = Fondo de Cultura Económica}}</ref>
=== Termodinámica y mecánica estadística ===
{{AP|Termodinámica|AP2=Mecánica estadística}}
[[Archivo:Convection.gif|thumb|Transferencia de [[calor]] por [[convección]].]]
La [[termodinámica]] trata los procesos de [[transferencia de calor]], que es una de las formas de [[energía]] y como puede producir un [[trabajo (física)|trabajo]] con ella. En esta área se describe como la materia en cualquiera de sus [[estado de la materia|estados]] ([[sólido]], [[líquido]], [[gas]]eoso) va transformándose. Desde un punto de vista macroscópico de la materia se estudia como ésta reacciona a cambios en su [[volumen]], [[presión]], [[temperatura]] entre otros. La termodinámica se basa en [[Termodinámica#Leyes de la Termodinámica|cuatro leyes principales]]: el equilibrio termodinámico (o ley cero), el principio de [[conservación de la energía]] (primera ley), el aumento temporal de la [[Entropía termodinámica|entropía]] (segunda ley) y la imposibilidad del cero absoluto (tercera ley).<ref>{{cita web|url= http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html| título= Conceptos básicos de Termodinámica| fechaacceso = 01/02/2008}}</ref>
Una consecuencia de la termodinámica es lo que hoy se conoce como [[mecánica estadística]]. Ésta rama estudia, al igual que la termodinámica, los procesos de transferencia de calor, pero contrario a la anterior desde un punto de vista [[molécula|molecular]]. La materia como se conoce esta compuesta por moléculas y el conocer el comportamiento de una sola de sus moléculas nos lleva a medidas erróneas. Es por eso que se debe tratar como un conjunto de elementos ''caóticos'' o ''aleatorios'', y se utiliza el lenguaje [[estadística|estadístico]] y consideraciones mecánicas para describir comportamientos macroscópicos de este conjunto molecular microscópico.<ref>{{cita web|url=http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html |título = teoría cinética de los gases|fechaacceso=01/02/2008}}</ref>
=== Mecánica cuántica ===
[[Archivo:2D Wavefunction (2,2) Surface Plot.png|thumb|Esquema de una función de onda monoelectrónica u [[orbital atómico|orbital]] en dos dimensiones.]]
{{AP|Mecánica cuántica}}
La mecánica cuántica es la rama de la física que trata los [[átomo|sistemas atómicos]] y subatómicos y sus interacciones con la radiación electromagnética, en términos de cantidades [[observable]]s. Se basa en la observación de que todas las formas de [[energía]] se liberan en unidades discretas o paquetes llamados ''[[cuanto]]s''. Sorprendentemente, la [[teoría cuántica]] sólo permite normalmente cálculos [[probabilidad|probabilísticos]] o [[estadística|estadísticos]] de las características observadas de las [[partícula elemental|partículas elementales]], entendidos en términos de funciones de onda. La [[ecuación de Schrödinger]] desempeña el papel en la mecánica cuántica que las [[leyes de Newton]] y la [[conservación de la energía]] hacen en la mecánica clásica. Es decir, la predicción del comportamiento futuro de un sistema dinámico, y es una ecuación de onda en términos de una [[función de onda]] la que predice analíticamente la probabilidad precisa de los eventos o resultados.
Según las teorías anteriores de la física clásica, la energía se trataba únicamente como un fenómeno continuo, en tanto que la materia se supone que ocupa una región muy concreta del [[espacio]] y que se mueve de manera continua. Según la teoría cuántica, la energía se emite y se absorbe en cantidades discretas y minúsculas. Un paquete individual de energía, llamado cuanto, en algunas situaciones se comporta como una [[partícula subatómica|partícula]] de materia. Por otro lado, se encontró que las partículas exponen algunas propiedades ondulatorias cuando están en movimiento y ya no son vistas como localizadas en una región determinada sino más bien extendidas en cierta medida. La luz u otra radiación emitida o absorbida por un [[átomo]] sólo tiene ciertas [[frecuencia]]s (o [[longitud de onda|longitudes de onda]]), como puede verse en la [[línea espectral|línea del espectro]] asociado al [[elemento químico]] representado por tal átomo. La teoría cuántica demuestra que tales frecuencias corresponden a niveles definidos de los cuantos de luz, o [[fotón|fotones]], y es el resultado del hecho de que los electrones del átomo sólo pueden tener ciertos valores de energía permitidos. Cuando un [[electrón]] pasa de un nivel a permitido a otro, una cantidad de energía es emitida o absorbida cuya frecuencia es directamente proporcional a la diferencia de energía entre los dos niveles.
[[Archivo:3D Wavefunction (2,2,2).gif|thumb|left|Esquema de un orbital en tres dimensiones.]]
El formalismo de la mecánica cuántica se desarrolló durante la [[Años 1920|década de 1920]]. En [[1924]], [[Louis de Broglie]] propuso que al igual que las ondas de luz presentan propiedades de partículas, como ocurre en el [[efecto fotoeléctrico]], las partículas a su vez también presentan propiedades [[ondas|ondulatorias]]. Dos formulaciones diferentes de la mecánica cuántica se presentaron después de la sugerencia de Broglie. En [[1926]], la [[mecánica ondulatoria]] de [[Erwin Schrödinger]] implica la utilización de una entidad matemática, la [[función de onda]], que está relacionada con la probabilidad de encontrar una partícula en un punto dado en el espacio. En [[1925]], la [[mecánica matricial]] de [[Werner Heisenberg]] no hace mención alguna de las funciones de onda o conceptos similares, pero ha demostrado ser matemáticamente equivalente a la teoría de Schrödinger. Un descubrimiento importante de la teoría cuántica es el [[principio de incertidumbre]], enunciado por Heisenberg en [[1927]], que pone un límite teórico absoluto en la precisión de ciertas mediciones. Como resultado de ello, la asunción clásica de los científicos de que el estado físico de un sistema podría medirse exactamente y utilizarse para predecir los estados futuros tuvo que ser abandonada. Esto supuso una revolución filosófica y dio pie a numerosas discusiones entre los más grandes físicos de la época.
La mecánica cuántica se combinó con la teoría de la relatividad en la formulación de [[Paul Dirac]] de [[1928]], lo que, además, predijo la existencia de [[antipartícula]]s. Otros desarrollos de la teoría incluyen la estadística cuántica, presentada en una forma por Einstein y Bose (la [[estadística de Bose-Einstein]]) y en otra forma por Dirac y [[Enrico Fermi]] (la [[estadística de Fermi-Dirac]]), la [[electrodinámica cuántica]], interesada en la interacción entre partículas cargadas y los campos electromagnéticos, su generalización, la [[teoría cuántica de campos]], y la [[electrónica cuántica]].
El descubrimiento de la mecánica cuántica a principios del [[siglo XX]] revolucionó la física, y la mecánica cuántica es fundamental para la mayoría de las áreas de la investigación actual.
== Áreas de investigación ==
=== Física teórica ===
[[Archivo:Apfel partikel.jpg|thumb|Esquema de la [[teoría de cuerdas]].]]
{{AP|Física teórica}}
La cultura de la investigación en física en los últimos tiempos se ha especializado tanto que ha dado lugar a una separación de los físicos que se dedican a la teoría y otros que se dedican a los experimentos. Los teóricos trabajan en la búsqueda de modelos matemáticos que expliquen los resultados experimentales y que ayuden a predecir resultados futuros. Así pues, teoría y experimentos están relacionados íntimamente. El progreso en física a menudo resulta de que un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teorías actuales por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.
La física teórica está muy relacionada con las [[matemáticas]]. Esta suministra el lenguaje usado en el desarrollo de las teorías físicas. Los teóricos confían en el [[cálculo diferencial]] e [[cálculo integral|integral]], el [[análisis numérico]] y en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos físicos. Los campos de [[física computacional]] y matemática son áreas de investigación activas.
Los teóricos pueden concebir conceptos tales como [[universo paralelo|universos paralelos]], espacios multidimensionales o [[Teoría de cuerdas|minúsculas cuerdas]] que vibran, y a partir de ahí, realizar hipótesis físicas.
=== Materia condensada ===
{{AP|Materia condensada}}
[[Archivo:Supraleitung.jpg|thumb|left|[[Efecto Meissner]], un ejemplo de [[superconductividad]].]]
La física de la materia condensada se ocupa de las propiedades físicas macroscópicas de la materia, tales como la [[densidad]], la [[temperatura]], la [[dureza]], o el [[color]] de un material. Los materiales consisten en un gran número de átomos o moléculas que interaccionan entre ellos, por lo que están "condensados", a diferencia de estar libres sin interaccionar. La física de la materia condensada busca hacer relaciones entre las propiedades macroscópicas, que se pueden medir, y el comportamiento de sus constituyentes a nivel microscópico o atómico y así comprender mejor las propiedades de los materiales.
Las fases "condensadas" más comunes son [[sólido]]s y [[líquido]]s, que surgen del [[enlace químico]] entre los átomos, debido a la [[interacción electromagnética]]. Fases más exóticas son los [[superfluido]]s, los [[condensado de Bose-Einstein|condensados de Bose-Einstein]] encontrados en ciertos sistemas atómicos a muy bajas temperaturas, la fase [[superconductividad|superconductora]] de los electrones de conducción de ciertos materiales, y las fases [[ferromagnetismo|ferromagnética]] y [[antiferromagnetismo|antiferromagnética]] de los [[spin]]es en las [[red cristalina|redes atómicas]].
La física de la materia condensada es el campo de la física contemporánea más extenso y que involucra a un mayor número de físicos. Históricamente, la física de la materia condensada surgió de la física de estado sólido, que se considera en la actualidad uno de sus principales subcampos. La expresión física de la materia condensada aparentemente fue acuñada por [[Philip Warren Anderson|Philip Anderson]] cuando renombró en 1967 su grupo de investigación, anteriormente llamado de teoría del estado sólido. La física de la materia condensada tiene una gran superposición con la [[química]], la [[ciencia de materiales]], la [[nanotecnología]] y la ingeniería.
=== Física atómica y molecular ===
{{AP|Física atómica|AP2=Física molecular}}
[[Archivo:Diamond animation.gif|thumb|Estructura del [[diamante]].]]
La física atómica y molecular se centran en el estudio de las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de átomos individuales o estructuras que contienen unos pocos átomos. Ambas áreas se agrupan debido a su interrelación, la similitud de los métodos utilizados, así como el carácter común de la escalas de energía relevantes a sus investigaciones. A su vez, ambas incluyen tratamientos tanto clásicos y como cuánticos, ya que pueden tratar sus problemas desde puntos de vista microscópicos y macroscópicos.
La investigación actual en física atómica se centra en actividades tales como el enfriamiento y captura de átomos e iones, lo cual es interesante para eliminar "ruido" en las medidas y evitar imprecisiones a la hora de realizar otros experimentos o medidas (por ejemplo, en los [[reloj atómico|relojes atómicos]]), aumentar la precisión de las mediciones de [[constante física fundamental|constantes físicas fundamentales]], lo cual ayuda a validar otras teorías como la [[Teoría de la relatividad|relatividad]] o el [[modelo estándar]], medir los efectos de correlación electrónica en la estructura y dinámica atómica, y la medida y comprensión del comportamiento colectivo de los átomos de gases que interactúan débilmente (por ejemplo, en un [[condensado de Bose-Einstein]] de pocos átomos).
La física molecular se centra en estructuras [[molécula|moleculares]] y sus interacciones con la materia y con la luz.
=== Física de partículas o de altas energías ===
{{AP|Física de partículas}}
[[Archivo:Alphadecay.jpg|thumb|left|Ilustración de una [[desintegración alfa]].]]
La física de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos como si éstas fueran partículas. Se la llama también ''física de altas energías'' pues muchas de las partículas elementales no se encuentran en la naturaleza y hay que crearlas en colisiones de alta energía entre otras partículas, como se hace en los [[acelerador de partículas|aceleradores de partículas]]. Los principales centros de estudio sobre partículas son el Laboratorio Nacional Fermi o [[Fermilab]] en [[Estados Unidos]] y el Centro Europeo para la Investigación Nuclear o [[CERN]] en la frontera entre [[Suiza]] y [[Francia]]. En éstos laboratorios lo que se logra es obtener energías similares a las que se cree existieron en el [[Big Bang]] y así se intenta tener cada vez más pruebas del [[origen del universo]].<ref name="particulas">{{cita web|url= http://www.fisicahoy.com/fisicaHoy/pElementales/pElementales.html| título= Partículas elementales|fechaacceso=03/02/2008|autor=Ma Jose Guerrero (Instituto de Física Teórica UAM)}}</ref>
En la actualidad, las partículas elementales se clasifican siguiendo el llamado [[Modelo Estándar]] en dos grandes grupos: [[Bosón|bosones]] y [[Fermión|fermiones]]. Los bosones son las partículas que interactúan con la materia y los fermiones son las partículas constituyentes de la materia. En el modelo estándar se explica como las [[interacciones fundamentales]] en forma de partículas (bosones) interactúan con las partículas de materia (fermiones). Así, el [[electromagnetismo]] tiene su partícula llamada [[fotón]], la interacción nuclear fuerte tiene al [[gluón]], la interacción nuclear débil a los [[bosones W y Z]] y la gravedad a una partícula aún hipotética llamada [[gravitón]]. Entre los fermiones hay más variedad, se encuentran dos tipos: los [[leptón|leptones]] y los [[quark]]s. En conjunto, el modelo estándar contiene 24 partículas fundamentales que constituyen la materia (12 pares de partículas/anti-partículas) junto con 3 familias de [[bosón de gauge|bosones de gauge]] responsables de transportar las interacciones.<ref>{{cita web|url=http://pdg.web.cern.ch/pdg/particleadventure/spanish/index.html| título= La aventura de las partículas| fechaacceso=03/02/2008|autor= Particle Data Group|año=1999}}</ref>
=== Astrofísica ===
{{AP|Astrofísica|AP2=Astronomía}}
[[Archivo:Supermassiveblackhole nasajpl.jpg|thumb|Ilustración de como podría verse un [[agujero negro]] supermasivo.]]
La astrofísica y la astronomía son ciencias que aplican las teorías y métodos de otras ramas de la física al estudio de los objetos que componen nuestro variado [[universo]], tales como [[estrella]]s, [[planeta]]s, [[galaxia]]s y [[agujero negro|agujeros negros]]. La astronomía se centra en la comprensión de los movimientos de los objetos, mientras que a groso modo la astrofísica busca explicar su origen, su evolución y su comportamiento. Actualmente los términos astrofísica y astronomía se los suele usar indistintamente para referirse al estudio del universo.
Esta área, junto a la física de partículas, es una de las áreas más estudiadas y más apasionantes del mundo contemporáneo de la física. Desde que el telescopio espacial [[Hubble]] nos brindó detallada información de los más remotos confines del [[universo]], los físicos pudieron tener una visión más objetiva de lo que hasta ese momento eran solo teorías.<ref>{{cita web|url= http://astronomia.net/cosmologia/nuevocosmos.htm| título=La nueva cosmología|fechaacceso=05/02/2008|autor=Pedro J. Hernández| año=2003}}</ref>
Debido a la astrofísica es un tema muy amplio, los astrofísicos aplican normalmente muchas disciplinas de la física, incluida la mecánica, el electromagnetismo, la mecánica estadística, la termodinámica, la mecánica cuántica, la relatividad, la física nuclear y de partículas, y la física atómica y molecular. Además la astrofísica esta íntimamente vinculada con la [[cosmología]], que es el área donde se pretende describir el [[origen del universo]].<ref>{{cita web|url= http://www.fisicahoy.com/fisicaHoy/espacio/espacio.html| título= Física del Espacio| fechaacceso= 05/02/2008|autor= Gustavo Yepes (UAM)}}</ref>
[[Archivo:Fmrtuebersicht.jpg|thumb|left|La biofísica podría describir físicamente lo que ocurre en nuestro [[cerebro]].]]
=== Biofísica ===
{{AP|Biofísica}}
La biofísica es una área interdisciplinaria que estudia a la [[biología]] aplicando los principios generales de la física. Al aplicar el carácter [[probabilidad|probabilístico]] de la [[mecánica cuántica]] a [[sistema biológico|sistemas biológicos]] obtenemos métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que ésta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa.<ref>{{cita web|url = http://www.agapea.com/Biofisica-n157972i.htm|título= Biofísica|fechaacceso=05/02/2008}}</ref>
Ésta área está en constante crecimiento, se estima que durante los inicios del siglo XXI cada vez la confluencia de [[físico]]s, [[biólogo]]s y [[químico]]s a los mismos laboratorios se incremente. Los estudios en [[neurociencia]], por ejemplo, han aumentado y cada vez ha tenido mayores frutos desde que se comenzó a implementar las leyes del [[electromagnetismo]], la [[óptica]] y la [[física molecular]] al estudio de las [[neuronas]].<ref>{{cita web|url= http://www.fisicahoy.com/fisicaHoy/bioCerebro/bioCerebro.html| título= Biofísica y el cerebro|autor= Nestor Parga (Departamento de Física Teórica UAM)|fechaacceso=05/02/2008}}.</ref>
<br />
<br />
=== Resumen de las disciplinas físicas ===
Clasificación de la física con respecto a teorías:
*[[Mecánica Clásica]]
*[[Mecánica cuántica]]
*[[Teoría cuántica de campos]]
*[[Teoría de la relatividad]]
**[[Relatividad especial]]
**[[Relatividad general]]
*[[Mecánica Estadística]]
*[[Termodinámica]]
*[[Mecánica de medios continuos]]
**[[Mecánica de sólidos]], [[Elasticidad]], [[Plasticidad]]
**[[Mecánica de fluidos]].
*[[Electromagnetismo]]
**[[Electricidad]]
**[[Magnetismo]]
*[[Electrónica]]
*[[Astrofísica]] (rama de la [[astronomía]])
== Véase también ==
{{portal|Física}}
* [[Ciencia]]
* [[Matemática]]
* [[Biología]]
* [[Química]]
* [[Anexo:Premio Nobel de Física]]
== Referencias ==
{{Listaref|2}}
== Enlaces externos ==
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{{wikcionario|física}}
*[http://www.experimentoscaseros.com.ar Experimentos Caseros de Física]
*[http://www.fisicaysociedad.es Física y Sociedad]
*[http://www.cofis.es Colegio oficial de físicos]
*[http://www.ucm.es/info/rsef/ Real Sociedad española de física]
*[http://www.fisimur.org Fisimur]
*[http://www.fisicahoy.com Fisicahoy]
*[http://www.lenguasdefuego.net/Fisica_Antigua_I Historia de la Física]
*[http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/html/fisica.html Artículos de Física]
*[http://www.lawebdefisica.com La web de Física]
*[http://fisica.wikidot.com/ Enseñanza de la Física]
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