La física es una ciencia básica.
Su objetivo es entender la estructura de la materia, de las interacciones, de la constitución más íntima de nuestro universo.
Por lo tanto se puede considerar como la más fundamental de las ciencias.
Las leyes físicas son de obligado cumplimiento.
Todo sistema está regido por dichas leyes y nada se escapa a su control.
Evidentemente que la física no puede “explicarlo todo”.
Si bien las leyes de la física son generales, uno no puede reducir la mayoría de los fenómenos naturales a sus constituyentes básicos.
Es decir, el total reduccionismo puede que sea una idea filosófica atractiva, pero no es muy útil.
Por eso el resto de las ciencias son necesarias y su estudio es fundamental.
Pero muchas veces da la sensación de que la física es una ciencia oscura, que sólo unos pocos pueden acceder a su conocimiento.
En esta entrada ahondaremos sobre este tema y daré una humilde opinión al respecto.
¿Por qué la física es difícil?
La física tiene dos puntos en su contra cuando intentamos estudiarla.
§ Hay que manejar multiples conceptos.
Muchas ideas, y muchas relaciones entre ellas.
§ Hay que conocer la matemática. La matemática es el lenguaje de la física. Y es ciertamente complicado adquirir todo el conocimiento encerrado en una teoría física sin mirar su matemática.
El segundo punto es inevitable, la física tiene su lenguaje y como tal hay que conocerlo para adquirir la soltura en el manejo de conceptos en su versión matemática y a la hora de hacer cálculos.
Sin esto la física no sería más que filosofía.
El salto conceptual llevado a cabo por Galileo, el considerado padre fundador de la física, que separó la física de la filosofía (aunque todavía se denominaba filosofía natural) fue precisamente formular los principios y los fenómenos físicos en términos de fórmulas y relaciones matemáticas.
Evidentemente si uno quiere estudiar física es clave controlar la matemática involucrada y eso puede ser un escollo, en principio, para cualquier interesado en la física y en su estudio.
Pero volviendo al primer punto hemos de decir que no es cierto, en absoluto, que en la física se tengan “millones” de conceptos.
La física, toda la física, se vertebra en un puñado de ideas.
Y el secreto de hacer física es encontrar de que forma se presentan dichas ideas en la diversidad de fenómenos naturales que estudiamos en la física.
Un físico no es una máquina de almacenamiento masivo de fórmulas, aunque pueda parecer así.
Más bien, un físico es una persona entrenada para dislumbrar entre muchos fenómenos diferentes el mismo hilo conductor.
El secreto de la física
La física se puede considerar como la ciencia del cambio, del estudio del movimiento, de cómo los sistemas radían, de como evolucionan en el tiempo.
Pero el verdadero secreto está en que los físicos, para estudiar el cambio, buscamos en los fenómenos aquello que no cambia, aquello que permanece invariante.
Y eso es lo importante, llegar a descubrir qué es aquello que no cambia en la física de un proceso mientras se produce.
Así podemos resumir toda la física en dos puntos:
§ Encontrar leyes de conservación.
§ Mostrar que los resultados son los mismos para todos los observadores.
Es así de simple y así de complejo a la vez.
Muchas veces no resulta evidente que haya algo que se conserve pero el practicante de la física ha de saber buscar y mirar más allá de lo evidente.
A día de hoy sabemos que hay cantidades conservadas en cualquier proceso:
§ La energía.
§ El momento lineal.
§ El momento angular.
§ Otras cantidades que solo se manifiestan a niveles básicos en la estructura de la materia y el universo, el nivel cuántico.
Cualquier proceso ha de verificar estas leyes de conservación, y no por capricho, sabemos y entendemos por qué esto debe de ser así.
Que existan tales cantidades conservadas está íntimamente relacionado con el hecho de que la física ha de ser la misma aquí que allí, antes o después.
Si un fenómeno físico se produce en mi laboratorio se ha de producir en cualquier laboratorio.
La posición no importa, y eso lleva a la conservación del momento lineal.
Si un fenómeno físico se produce a las tres de la mañana, también se ha de producir a las dos de la tarde.
Y eso nos lleva a la conservación de la energía.
Si un fenómeno se produce, da igual que lo mire desde arriba, desde abajo, desde la izquierda, desde la derecha.
Y eso implica la conservación del momento angular.
La magia de la física es su relación con la matemática, esto que acabamos de describir por muy extraño que parezca es un teorema matemático, el teorema Nöther.
Pero la idea subyacente es fácil de seguir, la conclusión no tanto.
En principio no hay mucha relación de la independencia de la hora de hacer un expermiento con la conservación de la energía y es ahí donde radica la dificultad de la física, en mostrar en su propio lenguaje, la matemática que eso es así y no de cualquier otra forma.
Hay conservaciones no tan evidentes, como por ejemplo la del espín.
Pero es que el espín no es algo que veamos todo el día.
Sin embargo, la matemática nos dice que el espín se comporta como un momento angular, es decir como un giro de una partícula.
Evidentemente no es tal cosa, pero la matemática es idéntica y por tanto ha de estar sujeto a las mismas leyes de conservación que el momento angular.
Por todo esto, curiosamente, para estudiar los cambios y evoluciones de los sistemas físicos hemos de encontrar las cosas que no cambian.
El teorema de Bernouilli en fluidos, las leyes de Krichoff en circuitos eléctricos, la ecuación de Schrödinger en cuántica, la primera ley de la termodinámcia, y un largo etc, a primera vista son diferentes pero por debajo sólo hay un principio físico, la conservación de la energía.
El segundo punto, el que la física sea la misma para distintos observadores también es fundamental.
Esto es lo que nos lleva a decir que la física ha de ser relativista y eso implica que nuestra forma de entender el espacio y el tiempo sea una u otra.
Luego por supuesto hay cosas superfluas, hablar de partículas u ondas, hablar de trayectorias o no, etc.
Eso es secundario, eso es simplemente una manifestación de cómo vemos el mundo que nos rodea y ciertamente no lo vemos todo en total plenitud.
Por eso nos sorprendemos con descubrir que la física cuántica es tan distinta de la física cotidiana.
Sin embargo, debajo de las etiquetas cuánticas o clásicas tenemos los mismos principios subyacentes.
Un consejo y cierre
Cuando se les presente una nueva teoría, un nuevo fenómeno, o una nueva noticia preguntar ¿qué se conserva ahí?.
Luego tendremos que entrar en los detalles característicos del fenómeno, de su matemática o de sus ideas secundarias, pero preguntar por el núcleo, el corazón del fenómeno.
Con todo esto no queremos trivializar el estudio de la física, ni tan siquiera su divulgación, cada sistema y fenómeno tiene sus particularidades que pueden ser más o menos fáciles de aprender o comprender.
Pero tampoco digamos que la física es fruta para unos pocos, porque en realidad cualquiera puede llegar a entender cualquier cosa.
Sólo un comentario final, hay otro concepto en física que también es fundamental pero muy sutil, la entropía.
Aquí hay opiniones para todo, posiblemente necesitemos mucho tiempo y entradas para desmarañar este punto.
Todo llegará.
Segundo antes del Big Bang
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