Transición de la física clásica a la física moderna

La física es una disciplina que estudia la naturaleza y sus leyes fundamentales, y la podemos subdividir en dos grandes etapas de desarrollo de conocimiento: la clásica y la moderna.

La física clásica comprende los avances antes del siglo XX, que incluyen la mecánica newtoniana, las formulaciones electromagnéticas de Maxwell y la termodinámica de Carnot y Boltzmann.

El año 1900  el físico Max Planck postuló la cuantización de la energía, es decir, que los valores de energía que las partículas pueden tener y transmitirse entre ellas deben ser valores discretos, múltiplos enteros de la constante universal h≈ 6,63 × 10^-34 J⋅s.

Esta fecha señala de forma simbólica el nacimiento de la mecánica cuántica y el inicio de la era de la física moderna, a partir de la observación de fenómenos que la mecánica clásica no era capaz de explicar, y cuyas teorías fundamentales son:

Cuantización de la energía del fotón: Fórmula de Planck:

• E= hʋ= hc/λ= ħω, dónde ʋ es la frecuencia y se puede escribir como ʋ o f.

Modelo Estándar que describe el comportamiento de las partículas elementales e interacción entre ellas, para tres tipos de campos: electromagnético, nuclear débil y nuclear fuerte. Fórmulas:

• L = L_gauge + L_fermion + L_Higgs
• L_gauge = -1/4 Fμν^a F^μν,a para bosones gauge
• L_fermion = Σ_i Ψ_i^†(iγμD_μ – m_i)Ψ_i para fermiones
• L_Higgs = (DμΦ)†(DμΦ) – λ(Φ†Φ – v^2/2)^2 para bosón de Higgs , donde los bosones gauge son las partículas ‘mediadoras’ de las interacciones, los fermiones son partículas de materia, y el bosón de Higgs es el responsable de dar masa a las partículas.

La teoría de la Relatividad Especial, basada en dos postulados:

• • Las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que se desplazan a velocidad constante entre ellos.
  • La velocidad de la luz en el vacío c es constante, e independiente del movimiento del observador o de la fuente.

Fórmulas:

• Dilatación temporal: t’ = t / √ (1 – v²/c²)
• Contracción longitud: L’ = L * √ (1 – v²/c²)
• Masa relativista: m = m0 / √ (1 – v²/c²)
• Equivalencia masa-energía: E = mc²
• Ecuación relativista energía-momento: E² = (pc)² + (mc²)²

La teoría de la Relatividad General, que describe la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo provocada por la presencia de masa y energía. Fórmula:

• Gμν = Rμν – 1/2 gμν R = 8πTμν , dónde Gμν es el tensor de Einstein

La física clásica y la física moderna difieren en su enfoque y en las teorías que utilizan para describir los fenómenos físicos en diferentes escalas, siendo la física moderna más difícil de usar, pero más precisa. La física clásica es más para lo cuotidiano e intuitivo, la moderna para lo extremo y extraño, por lo que ambas tienen aplicaciones prácticas en la tecnología y en nuestra comprensión del universo.