El
siglo XX estuvo marcado por el desarrollo de la física como ciencia capaz de
promover el desarrollo tecnológico. A principios de este siglo los físicos
consideraban tener una visión casi completa de la naturaleza. Sin embargo
pronto se produjeron dos revoluciones conceptuales de gran calado: El
desarrollo de la teoría de la relatividad y el comienzo de la mecánica
cuántica.
En
1905 Albert Einstein, formuló la teoría de la relatividad especial, en la cual
el espacio y el tiempo se unifican en una sola entidad, el espacio-tiempo. La
relatividad formula ecuaciones diferentes para la transformación de movimientos
cuando se observan desde distintos sistemas de referencia inerciales a aquellas
dadas por la mecánica clásica. Ambas teorías coinciden a velocidades pequeñas
en relación a la velocidad de la luz. En 1915 extendió la teoría especial de la
relatividad para explicar la gravedad, formulando la teoría general de la
relatividad, la cual sustituye a la ley de la gravitación de Newton.
En
1911 Rutherford dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente
a partir de experiencias de dispersión de partículas. A los componentes de
carga positiva de este núcleo se les llamó protones. Los neutrones, que también
forman parte del núcleo pero no poseen carga eléctrica, los descubrió Chadwick
en 1932.
En
los primeros años del Siglo XX Planck, Einstein, Bohr y otros desarrollaron la
teoría cuántica a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la
radiación de los cuerpos. En esta teoría, los niveles posibles de energía pasan
a ser discretos. En 1925 Heisenberg y en 1926 Schrödinger y Dirac formularon la
mecánica cuántica, en la cual explican las teorías cuánticas precedentes. En la
mecánica cuántica, los resultados de las medidas físicas son probabilísticos;
la teoría cuántica describe el cálculo de estas probabilidades.
La
mecánica cuántica suministró las herramientas teóricas para la física de la
materia condensada, la cual estudia el comportamiento de los sólidos y los
líquidos, incluyendo fenómenos tales como estructura cristalina,
semiconductividad y superconductividad. Entre los pioneros de la física de la
materia condensada se incluye Bloch, el cual desarrolló una descripción
mecano-cuántica del comportamiento de los electrones en las estructuras
cristalinas (1928).
La
teoría cuántica de campos se formuló para extender la mecánica cuántica de
manera consistente con la teoría especial de la relatividad. Alcanzó su forma
moderna a finales de los 1940s gracias al trabajo de Feynman, Schwinger,
Tomonaga y Dyson. Ellos formularon la teoría de la electrodinámica cuántica, en
la cual se describe la interacción electromagnética.
La
teoría cuántica de campos suministró las bases para el desarrollo de la física
de partículas, la cual estudia las fuerzas fundamentales y las partículas
elementales. En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del modelo estándar.
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