¿QUÉ ES LA
FÍSICA?
Un día en la vida
Pensemos en la experiencia de un día en la vida de un estudiante. Se
levanta por la mañana; siente un poco de frío; camina hacia la
regadera, abre la llave, sale agua que se va calentando, se baña, sale
mojado, se seca; se viste, desayuna; sale a la calle, aborda un camión
ruidoso que arroja humo por el escape; nota que los autos y los camiones se mueven
y se detienen según el color de las señales de los
semaforos; se baja del camión; atraviesa un jardín con
pasto verde y algunos arboles que se mueven un poco por el viento;
observa caer unas hojas y volar unos pajaros; mas arriba pasa un
avión; ve un puesto de periódicos en la esquina; entra en el
edificio de su escuela, asiste a sus clases, oye explicaciones, participa en
las discusiones dirigidas por el profesor; lee un libro, regresa a su casa,
platica con su familia; come, reflexiona sobre lo que aprendió en la escuela;
escucha música y antes de acostarse en la noche, se asoma por la ventana
y observa la Luna y algunas estrellas. Finalmente se duerme.
Esta descripción, que podríamos haber hecho mas larga y
detallada, sugiere muchas preguntas; por ejemplo, ¿qué es el
frío y el calor?, ¿cómo se encienden los
semaforos?, ¿por qué vuelan los pajaros y los
aviones?, ¿cómo es posible caminar?, ¿qué son los
colores y los sonidos?, ¿qué se requiere para construir un
edificio?, ¿cómo funciona la televisión?, ¿por
qué hay día y noche?, ¿porqué brilla la Luna?,
¿qué tan lejos estan las estrellas?, ¿por
qué como y duermo?, ¿cómo pensamos?, etc.
Todo esto nos lleva a reconocer que el hombre es un
animal inquisitivo y que la naturaleza y la vida social son inagotables fuentes
de interrogantes. Sí, somos curiosos; pero no debemos pensar que nos
formulamos preguntas por pura curiosidad; sino que también las
necesidades practicas nos llevan a interesarnos en muchas cosas; por
ejemplo, ¿cómo podemos mover un objeto muy pesado?,
¿cómo podemos calentarnos si tenemos frío?,
¿qué podemos hacer para poder evitar que se descompongan los
alimentos que almacenamos?, ¿cómo aprovechar nuevas fuentes de
energía? Y así, podemos formular miles de
preguntas mas.
¿Me importa a mí la física?
Podría pensarse que la física sólo tiene
interés para los físicos, lo cual no es valido. Desde que el hombre es hombre, ha fijado su atención en los
hechos y procesos de la naturaleza y ha querido entender por qué ocurren
las cosas. Ademas se ha dado cuenta de que los conocimientos
sobre la naturaleza son útiles para aprovechar mejor los recursos que te brinda. De esta manera, han
surgido y evolucionado las ciencias naturales.
La física (palabra de origen griego que quiere
decir naturaleza) es una de esas ciencias. Aunque hay otras, como la
astronomía que estudia las estrellas y las galaxias; la geología,
que tiene por objeto el estudio de nuestro planeta; la biología, que
estudia los seresvivos, etc., lo importante es que la física, ademas
de ser una fascinante actividad, se dedica a estudiar los problemas
fundamentales de la naturaleza; por ello, es la base de las demas
ciencias y de las aplicaciones tecnológicas. Así
mismo, nos ayuda a comprender, predecir, controlar y, muchas veces, a modificar
el curso de los fenómenos.
La física es una actividad humana que se ha desarrollado con el trabajo
de muchas personas de diferentes lugares y épocas. Es
obra de la sociedad, y no de individuos aislados. Es un
esfuerzo en común.
La física desempeña un papel decisivo en
la cultura moderna y forma parte de la historia del hombre. Su desarrollo
ha contribuido al progreso de muchas otras actividades humanas, de la medicina
a los viajes espaciales, de la economía a las telecomunicaciones, etc.
En gran medida, la física influye en nuestra concepción del mundo y del hombre; es la base de todos los aparatos
que usamos; nos permite evaluar las posibilidades y limitaciones de nuestras
actividades. No es posible tener una educación moderna sin comprender
algunas ideas y hechos del terreno de la física.
Veamos algunos ejemplos: sin la física no se habrían desarrollado
la microscopia óptica y la electrónica que tanto han influido en los avances de la biología y la
medicina. Es la física la que ha permitido el
desarrollo de la telegrafía y la telefonía y la que nos permite
ver en la televisión los juegos olímpicos realizados enlugares
distantes. La física es el fundamento de la generación de
la electricidad; ha hecho posible enviar a hombres a la Luna, diseñar y
construir nuevos aviones, fabricar grandes y pequeñas computadoras,
explotar y aprovechar las fuentes de energía
que tanta
importancia económica y política tienen en la actualidad, etc.
A esta descripción de la influencia de la
física en la sociedad, en la cultura y en la tecnología, debe
agregarse que también esta disciplina científica ha recibido y
recibe la influencia de las ideas dominantes de la época. Los
físicos no estan aislados de la sociedad ni puedan sustraerse a
la cultura de su tiempo; el trabajo que desarrollan se ve fuertemente modulado
por la formación que han recibido, por su interacción con otros
científicos, por los problemas e intereses de la sociedad, por las
corrientes filosóficas en boga, por los recursos disponibles para la
experimentación, por la bibliografía especializada que
esté a su alcance.
Así mismo, es cierto que la física ha contribuido de manera
decisiva al desarrollo tecnológico, pero no es menos cierto que la
tecnología ha dado a la física poderosas herramientas de trabajo
que necesita ésta para su continua evolución. Por ejemplo, la
física ha permitido el desarrollo de la electrónica, la cual es
ahora indispensable para muchos experimentos que requiere aquélla; y
cuando hayamos comprendido los nuevos fenómenos, es seguro que
repercutiran en una mejortecnología, que a su vez
permitira nuevos avances en la física; y así sucesivamente
en un proceso inacabable. La física no esta terminada ni se terminara nunca.
Cada vez que se logra contestar una pregunta, surgen otras que, al contestarse,
dan lugar a otras nuevas; por ejemplo, al estudiar la estructura de la materia,
encontramos la presencia de las moléculas, mismas que al ser estudiadas
hacen que hallemos los atomos, los cuales a su vez estan formados
por núcleos y electrones; en los núcleos hay protones y
neutrones, ¿y ?
Este continuo inquirir en la naturaleza nos permite profundizar cada vez
mas y alcanzar niveles de comprensión cada vez mejores en un proceso inacabable. Hay partes de la física
mas desarrolladas que otras; hay algunas que apenas estan
esbozadas; en el futuro, seguramente se descubriran fenómenos que
nosotros ni siquiera sospechamos.
Estructura de la física
Los hombres de todos los tiempos se han hecho
múltiples preguntas sobre los fenómenos de la naturaleza y han
tratado de encontrar sus causas; sin embargo, la física, tal como ahora la conocemos,
es relativamente nueva. En trescientos años ha experimentado un desarrollo gigantesco; son tantos los hechos
físicos que se han estudiado, que es imposible para una sola persona
conocerlos todos; nadie conoce toda la física. Sin embargo, la
física es algo mucho mas profundo que un
catalogo de resultados.
Los físicos han encontrado que un enorme
númerode fenómenos se pueden sintetizar en leyes que rigen el
comportamiento de la naturaleza. Por ejemplo, si estudiamos el fenómeno
de la caída de los cuerpos, encontraremos que hay una ley, la del
movimiento uniformemente acelerado, que se aplica tanto a la caída de
una piedra, como a la de un libro o a la de un elefante. No obstante, podemos ir
mas alla y encontrar leyes aplicables no sólo al
movimiento de los cuerpos que caen,
sino también a todos los tipos de movimiento y tanto de las cosas
terrestres como
de los cuerpos celestes. De este modo, se ha hecho una
síntesis de muchos fenómenos en unas cuantas 'reglas del juego' de la
naturaleza.
Este esfuerzo de síntesis, en que sucesos aparentemente desconectados se
relacionan entre sí en un esquema coherente que
utiliza el menor número de hipótesis generales, nos conduce a
elaborar teorías en física. Las leyes y teorías que se
refieren a fenómenos cercanos o relacionados entre sí, se van
agrupando para formar cuerpos teóricos, que tienen un mayor alcance de
aplicación; así surgen las grandes ramas o areas de la
física, como la óptica, la mecanica, etc.
Con el desarrollo de sus diversas ramas, la física ha adquirido una
estructura que facilita su estudio sistematico. No debe creerse, sin
embargo, que esta estructura se mantiene inalterada: a la luz
de los nuevos hechos experimentales y de los avances teóricos surgen
nuevas areas, se funden unas con otras y cambia la relaciónentre
ellas. Por ejemplo, a principios de este siglo, la
espectroscopia era una rama importante a la que se dedicaban cursos enteros, en
tanto que la relatividad era practicamente inexistente. Al cabo de unas
cuantas décadas, la situación se había invertido; mientras
que la relatividad especial y la relatividad general adquirieron madurez como
teorías, la espectroscopia fue absorbida por otras ramas de la
física.
Sin pretender hacer una clasificación rigurosa de la física -que
no sobreviviría a la evolución de esta ciencia ni
a la crítica de algunos colegas-, mencionamos a continuación sus
ramas mas importantes. Por un lado estan las ramas
clasicas de la física: la mecanica, que estudia el
movimiento de los cuerpos; la termodinamica, dedicada a los
fenómenos térmicos; la óptica, a los de la luz; el
electromagnetismo, a los eléctricos y magnéticos; la
acústica, que estudia las ondas sonoras, la hidrodinamica,
relacionada con el movimiento de los fluidos; la física
estadística, que se ocupa de los sistemas con un número muy
grande de partículas.
Por otra parte, el desarrollo vertiginoso de la física en este siglo,
ademas de trascender a las ramas clasicas de la física, ha
provocado el surgimiento de nuevas ramas, como la mecanica
cuantica, las partículas elementales y los campos, la relatividad
general y la gravitación, la física nuclear, la física
atómica y molecular, la de la materia condensada. agrupadas
usualmente bajo elnombre genérico de física moderna. No se trata
de ramas independientes, porque todas ellas
estan relacionadas entre sí, y unas se toman prestados de las
otras los conocimientos, las herramientas y hasta los objetos de estudio. Así, con el concurso de todas sus ramas, la física
nos permite adquirir una comprensión detallada y a la vez una
visión unitaria de la naturaleza.
DE CÓMO SE HACE LA FÍSICA
El lenguaje
Una característica fundamental de la ciencia es que resulta comunicable.
Esto quiere decir que los conocimientos científicos
que adquirimos los podemos comunicar a los demas. Para ello, es
necesario entendernos, o sea, ponernos de acuerdo con
el significado de las palabras que usamos, particularmente en los
términos concretos del
lenguaje científico. Como resultado, tendremos que definir algunas
palabras y, en ciertas ocasiones, usarlas en un sentido diferente del que se
les da en el lenguaje común; por ejemplo, cuando un físico habla
de masa, no siempre se refiere a la que se usa para hacer tortillas, sino que
se le da un sentido, preciso y medible, muy distinto.
En el lenguaje cotidiano hay muchos términos ambiguos
e imprecisos y a menudo cargados de sentimiento, por lo cual no son adecuados
para expresar proposiciones científicas.
¿Entendemos todos lo mismo cuando hablamos de libertad o democracia?,¿no hay duda si decimos que algo es difícil o
bello? Para
entendernos en la ciencia, tratamos de eliminar ambigüedades e
imprecisiones; por ello, es necesario definir términos técnicos.
De hecho, el lenguaje de la ciencia se ha desarrollado al
mismo tiempo que la experimentación y la interpretación de los
fenómenos.
El lenguaje es tan importante como el equipo experimental. Es
indispensable que los términos científicos nos ayuden a expresarnos con la mayor claridad, para que no haya
confusión en nuestros conceptos y para que podamos decir lo que queremos
y que los demas nos entiendan. En la ciencia se han
inventado términos que corresponden a conceptos útiles. No hay
concepto sin lenguaje ni lenguaje sin conceptos.
¿Qué nos enseñan estos ejemplos?
Una cosa de gran importancia: La física es una ciencia experimental. En la física es necesario realizar experimentos y hacer
mediciones, no bastan las observaciones cualitativas.
Los resultados de las investigaciones en física se expresan generalmente
en forma matematica; por eso decimos que las matematicas son un lenguaje de la física, pero no cualquier lenguaje,
sino uno muy rico, expresivo y riguroso. Las
matematicas nos permiten hacer predicciones, expresar cuantitativamente
las leyes de la naturaleza y encontrar relaciones entre distintas partes de la
física. Así mismo, han contribuido a dar unidad, rigor y
precisión a la física; han facilitado la comunicabilidad de
losresultados físicos; son un instrumento de analisis y de
síntesis que nos ha permitido encontrar relaciones entre las
características de los fenómenos y entre diversas clases de
fenómenos, estableciendo así leyes particulares y leyes
generales.
Los resultados de la física no son como los teoremas
matematicos, que se demuestran una vez y para siempre, sino que son
confirmados o rechazados por los hechos. En efecto, en el curso de la historia
se han encontrado algunos fenómenos que no
encajan en una teoría, esto es, que no son explicados dentro de un marco
teórico general que explica bien toda una serie de fenómenos
conocidos.
Ahora bien, nuestro criterio fundamental de validez de una teoría
física es que las predicciones de dicha teoría deben concordar
con los resultados de las observaciones bien realizadas o de los experimentos
bien hechos. Esto quiere decir que si encontramos una discrepancia entre la
teoría y el experimento, pero realizado éste con mucho cuidado,
de manera que estemos seguros del resultado, entonces
aquélla debe revisarse para ser modificada o incluso abandonada. Cuando
esto último sucede, debe construirse una nueva teoría que nos
permita entender tanto los viejos fenómenos como los nuevos.
El enfoque científico
Se impone preguntar ¿qué es lo que hacemos en ciencia? En
primer lugar, nos hacemos preguntas acerca de lo que pasa en el mundo; en
segundo lugar, esperamos que las cosas que pasan tengan unaexplicación;
en tercer lugar, queremos encontrar esa explicación, o sea, queremos
hallar relaciones entre los diferentes acontecimientos del mundo. Tratamos
de establecer cuales acontecimientos producen otros; y no sólo
por curiosidad, sino que, si descubrimos en qué condiciones se produce
algo, esperamos poder controlar y usar las cosas que ocurren en el mundo para
beneficio de la sociedad y de nosotros mismos.
Ahora bien, podemos formular diferentes tipos de preguntas,
cuya respuesta nos da distintas formas de conocimiento.
Indudablemente, tenemos numerosos conocimientos acerca de muchas cosas, pero no
todos ellos son científicos; por ejemplo, sabemos “prender la luz” con sólo accionar el apagador; sabemos que
un objeto que se deja caer desde diferentes alturas tarda mas en llegar
al suelo si se suelta desde mas arriba; sabemos que hay olas en el mar.
Éstos son conocimientos muy comunes, pero ¿sabemos por qué
se enciende el foco ¿podemos calcular el
tiempo que tarda el objeto en caer desde cierta altura y sabemos por qué
cae?, ¿con qué velocidad viajan las olas y cómo se forman?
Hay conocimientos, que podríamos llamar vulgares, que son meras
informaciones, que sólo son un conocimiento de hechos sin
explicación o cuya explicación no resiste un analisis
crítico, por estar mezclada con prejuicios, intereses, imagenes,
falsas creencias, pautas morales, temores, etc.
Los conocimientos científicos son otra cosa; estan basadosen un estudio crítico de los fenómenos, exigen
observar con atención, experimentar y medir con precisión, y
pensar con cuidado. Para ello, es necesario
trabajar con conceptos, juicios y razonamientos, en un
proceso de búsqueda de las respuestas a nuestras preguntas. Por eso decimos que el conocimiento científico es racional.
En el curso del
estudio de la física que estamos iniciando, tendremos oportunidad de ver
de cerca cómo se hace la ciencia, cómo se formulan adecuadamente
las preguntas y se buscan -y muchas veces se encuentran- las respuestas.
Lo anterior requiere algunos comentarios. En primer lugar, la ciencia (palabra
de origen latino que significa conocimiento) no se
construye siguiendo una receta fija; no existe una manera absolutamente segura
de encontrar las respuestas a todas las preguntas que nos podamos plantear
acerca de la naturaleza. ¡Y qué bueno
porque la actividad de investigar la naturaleza es una de las mas
interesantes y apasionantes que existen.
Entonces, ¿qué vamos a hacer? Sin
pretender señalar exhaustivamente las características del modo de adquirir
conocimientos científicos y advirtiendo que esas características
se percibiran con claridad conforme vayamos avanzando en nuestro estudio
de la física, cabe indicar que queremos
• Observar con cuidado y precisión las características de
los fenómenos naturales.
• Encontrar características comunes a una serie de
fenómenos.
• Establecerrelaciones entre esas características.
• Manejar tales relaciones (leyes particulares) y predecir nuevos
resultados.
• Confrontar esos resultados con los hechos experimentales.
• Relacionar entre sí diversas clases de fenómenos.
• Encontrar leyes generales aplicables a esas
clases de fenómenos.
• Situar tales leyes en un contexto mas
amplio y coherente (teoría científica).
• Determinar los límites de aplicabilidad de las teorías.
• Empezar otra vez en el siguiente escalón.
Desde luego, en nuestro trabajo intentaremos siempre explicar
lo desconocido según lo conocido y tendremos que formular algunas
hipótesis o suposiciones que guíen nuestros estudios ulteriores.
Empero, estas hipótesis, o algunas consecuencias lógicas de ellas, deben confrontarse con los hechos mismos;
ademas, hay que procurar que sean las menos que se pueda, sencillas y
que expliquen el mayor número posible de fenómenos.
Cuando se hace un estudio científico de la naturaleza, siempre se busca
que los conocimientos que se establezcan sean objetivos, que exista
concordancia entre el experimento y el pensamiento, siguiendo un procedimiento
o método que constantemente somete a la crítica sus propios
resultados y que, a diferencia del conocimiento vulgar que no cuestiona sus
ideas o creencias, evoluciona corrigiéndose a sí mismo.
Tomado de
“El Mundo de la Física”
Ana Ma. Cetto y colaboradores
Ed. TRILLAS México 1990
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