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La física moderna comienza a principios del siglo XX, cuando el alemán Max Planck, investiga sobre el “cuanto” de energía, Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que éstas no eran continuas como lo decía la física clásica, por ello nace esta nueva rama de la física que estudia las manifestaciones que se producen en los átomos, los comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. (También se le llama física cuántica).

En los temas anteriormente tratados, la física clásica no servía para resolver los problemas presentados, ya que estos se basan en certezas y la física moderna en probabilidades, el cual le costo adaptarse a los físicos de la época.

En 1905, Albert Einstein, publicó una serie de trabajos que revolucionaron la física de ese entonces, que trataban de “La dualidad onda-partícula de la luz”, “La teoría de la relatividad” entre otros, además, años más tarde se descubre por medio de telescopios la existencia de otras galaxias, la superconductividad, el estudio del núcleo del átomo, y otros, logran que años más tarde, surgieran avances tecnológicos, como la invención del televisor, los rayos x, el radar, fibra óptica, el computador etc.

La misión final de la física actual, es comprender la relación que existe entre las fuerzas que rigen la naturaleza: la gravedad, el electromagnetismo, la energía nuclear fuerte y la nuclear débil. Comprender y lograr una teoría de unificación, para así poder entender el universo y sus partículas.

Casi todo lo planteado en el siglo XIX, fue puesto en duda y al final fue remplazado durante el siglo XX, de esta misma manera puede ocurrir ya que existen investigaciones más complejas, y los nuevos conocimientos que se irán adquiriendo durante este nuevo siglo.

En sí, se encarga de los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores.

El largo camino desde la Física Clásica a la Física Cuántica y la Relatividad

La Tierra es el centro del Universo y giran alrededor de ella el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas. Después de siglos se reconoció que la Tierra y los planetas giraban alrededor del Sol, posteriormente que el Sol era una más entre los miles de millones de estrellas que conformaban la Vía Láctea y que ésta era sólo una entre las millones de galaxias del Universo.
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Nuestro conocimiento del Universo se ha ampliado tanto como se han ido expandiendo sus fronteras. Si en algún momento a fines del siglo XIX los científicos pensaron que el fin del estudio de la Física estaba cerca porque ya casi no quedaba nada por descubrir y la descripción de los fenómenos estaba prácticamente completa, hoy no se nos ocurriría una idea más descabellada.
La Física Clásica o Newtoniana, en honor al científico inglés Isaac Newton y su gran aporte resumido en 3 Leyes de Movimiento y en la Ley de Gravedad, está compuesta por reglas y definiciones de los fenómenos que suceden a una escala relativamente cercana, como la Tierra y el Sistema Solar y en nuestra realidad cotidiana en la interacción con objetos. Es una disciplina que básicamente describe propiedades y que es determinista: conociendo las características iniciales de un objeto o sistema, se puede predecir su estado de movimiento futuro.
Isaac Newton
Los historiadores fijan el punto de partida de la Física o Mecánica Cuántica en el año 1900, cuando el investigador alemán Max Planck propone la idea de “cuanto” de energía, esto es, que existen unidades de energía indivisibles, no es un continuo como afirmaba la Física Clásica.

”Cuanto” viene del latín quantum, que significa “cantidad”, de ahí el nombre de la Mecánica Cuántica. Esta rama de la física estudia las manifestaciones que se producen a escala atómica, los comportamientos de las partículas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. Las leyes de movimiento tradicionales no son las mismas para un auto en la carretera que para un electrón en su órbita.

La mayor dificultad que tuvo la Física Cuántica para ser entendida y aceptada es que trabaja con probabilidades, no con certezas, en cambio la Física Clásica es mucho más fácil de comprender y de manejar matemáticamente. El Principio de Incertidumbre, presentado en 1927 por el físico alemán Werner Heisenberg, dice que es imposible medir exactamente posición y velocidad de una partícula al mismo tiempo, por lo que sólo se pueden conocer las probabilidades de que un corpúsculo esté en determinado lugar a una velocidad dada, o que estando en un lugar definido pueda tener cierto rango de velocidad.


La Física Clásica sigue siendo utilizada para explicar y predecir fenómenos a escala terrestre y del Sistema Solar, pero no funciona a nivel atómico ni subatómico, donde la Mecánica Cuántica sí logra esclarecer e interpretar lo que sucede en el mundo de lo muy pequeño. Por su parte, la Relatividad entrega las herramientas para comprender lo que ocurre a enormes distancias y a muy altas velocidades.

1905, “Año Milagroso”
Así nombraron los físicos al año en que Albert Einstein publicó una serie de trabajos que revolucionaron la Física conocida hasta entonces, y abrieron las puertas a la llamada Física Cuántica y a la Relatividad.
Los 4 artículos o “papers” fueron publicados en la revista científica alemana Annalen der Physik, entre marzo y septiembre de 1905, y trataban sobre el movimiento browniano, el efecto fotoeléctrico, y presentaban su Teoría Especial de la Relatividad y la equivalencia entre masa y energía.

El primer artículo, sobre el Movimiento Browniano, plantea un análisis matemático del movimiento aleatorio de los átomos, a partir de la observación del movimiento de granos de polen en el agua en reposo. Esta fue una prueba de la existencia real de los átomos, que aún no era totalmente aceptada por todos los hombres y mujeres de ciencia de la época.

En el segundo escrito sobre el Efecto Fotoeléctrico, Einstein señala que la luz puede transmitirse en unidades discretas, los “cuantos de luz”, que posteriormente fueron llamados fotones, revelando la dualidad onda-partícula de la luz. Einstein recibiría el premio Nobel de Física en 1921 por este trabajo, el que sería además pieza fundamental de la Mecánica Cuántica. La Teoría de la Relatividad Especial fue su tercera publicación. Originalmente llamada “Acerca de la Electrodinámica de los Cuerpos en Movimiento”, expone 2 importantes y revolucionarios postulados:
1.- La velocidad de la luz es constante e independiente del movimiento relativo entre la fuente de luz y el observador.
2.- No existen el espacio y el tiempo absolutos. Dependen de la posición y velocidad del observador.



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La Equivalencia masa-energía fue el cuarto artículo, donde aparece su famosa ecuación E = mc2, que significa que la energía “E” de un cuerpo es igual a su masa “m” multiplicado por la velocidad de la luz al cuadrado, c2. Esta fórmula se utiliza para explicar cómo se produce la energía nuclear.

Estos trabajos serían un impulso fundamental a la nueva Física, contribuyendo al entendimiento de fenómenos en las esferas de lo muy pequeño y lo muy grande, abriendo paso a las Teorías Cuántica y de la Relatividad.

10 años más tarde, en 1915, Einstein publicó su Teoría de la Relatividad General, en la que reemplaza la Ley de Gravedad de Newton por una ecuación que explica la gravitación como una curvatura del espacio-tiempo. En 1919, durante un eclipse solar, se comprueba la deflexión de la luz por el campo gravitacional, tal como predijo la Teoría de la Relatividad General, dándole un gran reconocimiento a Einstein y sus postulados.

100 años de Física Moderna
A partir de comienzos del siglo XX el estudio de la Física, tanto de lo microscópico como de lo estelar, y sus aplicaciones, avanzaron a velocidades vertiginosas. En 1911 se descubre la Superconductividad, propiedad de algunos metales que pierden su resistencia eléctrica a temperaturas cercanas al cero absoluto, dando paso al desarrollo de nuevos materiales.

Tal como Einstein propuso la dualidad onda-partícula de la luz, en 1927 se prueba que la materia también puede comportarse como partícula y como onda. La Ecuación de Schrödinger, que describe la naturaleza de onda de la materia, es una de las piedras angulares de la Mecánica Cuántica.

En el ámbito de la astronomía se confirma la expansión del universo. Hasta el primer cuarto del siglo XX, se pensaba que el universo era estático, pero en 1929 Edwin Hubble demuestra que las galaxias se están alejando unas de otras, lo que significa que el universo se expande. Así también se propone la teoría del Big Bang, que señala que el universo se inició a partir de un evento único, en contraposición a la idea que siempre ha estado ahí. Se descubren los quasares y los pulsares y se formula la existencia de los agujeros negros, objetos con una densidad tan alta que ni la luz escapa a ellos.

Las nuevas teorías de la década de los 60 comienzan a predecir la existencia de partículas elementales de las que está formada la materia. Del nivel atómico se pasa al subatómico, los protones y neutrones están compuestos por “quarks”, una de las familias de partículas, cuyo último integrante, “top”, fue encontrado en 1995.

Las aplicaciones de estas teorías han contribuido a desarrollos tecnológicos en múltiples ámbitos. Por ejemplo, en Comunicaciones surgieron adelantos como la televisión, el radar, la radio FM, el transistor, el computador, la fibra óptica, el chip, Internet, el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), entre otras. La Física además ha hecho aportes en diversas áreas de la ciencia y del quehacer humano como la Medicina: el ultrasonido, la tomografía computacional, el scanner, el láser, la resonancia magnética; o la Industria: el disco compacto, usos comerciales del láser, el plástico, la fotocopiadora, entre muchas otras.

La naturaleza se rige, según lo que sabemos hasta ahora, por 4 fuerzas: gravedad, electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil. Una de las metas de la Física actual es lograr una Teoría de Unificación, que explique las relaciones entre estas 4 fuerzas, es decir, que podamos entender al universo y a las partículas.

Casi todo el conocimiento que se tenía hasta el siglo XIX fue puesto en duda y reemplazado durante el siglo XX. Ahora sabemos que podemos volver a estar equivocados y que las teorías pueden cambiar radicalmente, pero el camino recorrido y las experiencias adquiridas nos servirán para mantener la mente y los ojos abiertos a lo que podamos descubrir en el futuro.

Año Mundial de la Física
El Programa EXPLORA se ha sumado a la propuesta de la ONU y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada de declarar el 2005 como el Año Mundial de la Física, en honor al centenario del llamado Annus Mirabilis, o Año Milagroso, en que Albert Einstein publicó sus artículos fundacionales de la Física moderna.
¿Por qué celebrar un Año de la Física? La ONU nos da otras 3 razones:

Porque la Física es el fundamento del progreso en nuestra comprensión del mundo, la naturaleza y el universo.
Porque la Física y sus aplicaciones son la base de la mayoría de las tecnologías actuales.
Porque la enseñanza de la Física es esencial para las naciones, su desarrollo y la infraestructura científica.


EXPLORA, junto a un grupo de destacados científicos, están trabajando en todo Chile para ofrecer múltiples actividades y publicaciones como ciclos de charlas, exposiciones, campañas de divulgación, y por supuesto la XI Semana Nacional de la Ciencia que se celebrará entre el 10 y el 16 de octubre.

Además muchas instituciones se han plegado a esta idea y llevarán a cabo acciones para todo público, entre ellas, Universidad de Chile, P. Universidad Católica de Chile, Universidad de Santiago de Chile, Universidad de Concepción, Universidad Técnica Federico Santa María, Universidad de La Frontera, Universidad de Talca, Universidad de Tarapacá, Universidad Católica del Norte, Museo Interactivo Mirador, Centro de Investigación Interdisciplinaria en Ciencias de los Materiales, CIMAT, Centro FONDAP de Astrofísica, Centro de Estudios Científicos (CECS), Iniciativa Científica Milenio, Comisión Chilena de Energía Nuclear, la Sociedad Chilena de Física y Portal Profísica.

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