Descubrimientos Fundamentales en Física: De la Gravitación a la Cuántica con Newton, Einstein y Heisenberg

Isaac Newton (1643-1727): El Padre de la Física Clásica

Isaac Newton, una figura muy excéntrica, tuvo problemas con la Real Academia de la Ciencia. Su obra cumbre, la Gravitación Universal, la concibió y desarrolló durante un retiro de diez años en una cabaña.

Newton postuló un axioma fundamental: todo cambio natural es regular y continuo. Su legado se cimenta en sus tres principales leyes del movimiento y la ley de la gravitación universal:

Leyes del Movimiento de Newton

• Primera Ley (Ley de la Inercia): Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.
• Segunda Ley (Ley Fundamental de la Dinámica): La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su masa y a su aceleración (F = m * a). Esta ley planteó el concepto de fuerza y las constantes que actúan sobre los cuerpos.
• Tercera Ley (Ley de Acción y Reacción): Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria; o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentidos opuestos.

Ley de Gravitación Universal

La Ley de Gravitación Universal establece que la fuerza de atracción entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (F = G * (m1 * m2) / r², donde G es la constante de gravitación universal). Esta ley explica que los cuerpos más alejados tienen un recorrido constante más largo que los cercanos. Los astros, aunque tienen tendencia a "caer", al encontrarse dentro del campo de acción del Sol, sufren su fuerza gravitacional, lo que se traduce en un movimiento orbital alrededor de la estrella debido a la inercia.

Por otra parte, Newton no logró averiguar qué había más allá del universo observable, pero llegó a plantear la existencia de dos tipos de espacio:

• Espacio Absoluto: La totalidad que ocupa el universo, inmutable y eterno.
• Espacio Relativo: Consiste en las medidas que tomamos, secciones del total del espacio absoluto.

Albert Einstein (1879-1955): La Revolución de la Relatividad

Albert Einstein estableció la famosa relación entre energía y materia mediante la fórmula E=mc². El crecimiento del universo se basa en este principio, estando en constante expansión.

La concepción tradicional de tres dimensiones se vio 'apretada' porque fue necesario añadir una cuarta unidad: el tiempo. Este cambio implicó que no se pudiese calcular la distancia solo con referencias tridimensionales; no se podía triangular.

Einstein postuló que la luz es el elemento más rápido del universo y que su velocidad es constante e invariable, lo que la hacía ideal para medir distancias. Para demostrarlo, utilizó un eclipse solar para observar si la luz de estrellas lejanas se desviaba al pasar cerca del campo gravitacional del Sol. Si esto hubiera ocurrido, su teoría habría sido incorrecta. Sin embargo, la observación confirmó la desviación predicha, lo que demostró que la luz es el elemento más rápido y su velocidad es invariable.

Teoría de la Relatividad

• Si se pudiese superar la velocidad de la luz, se viajaría a mayor velocidad de la que se expande el universo, lo que implicaría viajar en el tiempo. Sin embargo, actualmente esto no se ha logrado.
• La Teoría de la Relatividad explica que todas las medidas son relativas, es decir, que dependen del punto de referencia que se tenga. Todas las medidas son relativas, a excepción de una: la velocidad de la luz, que es constante para todos los observadores.

Werner Heisenberg (1901-1976): El Principio de Incertidumbre y la Física Cuántica

Werner Heisenberg, físico alemán, es conocido por el Principio de Incertidumbre, una contribución fundamental al desarrollo de la Teoría Cuántica.

La teoría cuántica surgió de experimentos con la termodinámica, donde se descubrió que el calor se propagaba por paquetes energéticos o cuantos de acción. Esto significaba que la propagación no tenía por qué ser continua, lo que provocó el 'fallo' del axioma de Newton sobre la continuidad de los cambios naturales a nivel subatómico.

Con la ayuda del descubrimiento de las partículas elementales, Heisenberg propuso el Principio de Incertidumbre, que establecía lo siguiente: cuanto más se quiera saber sobre la posición de una partícula elemental, menos se sabrá sobre su trayectoria, velocidad, etc.

Para este principio, también se podían fijar unas leyes con ayuda de la probabilidad matemática. Los choques y un cierto desorden a nivel cuántico hicieron que la materia se agrupara y se concentrase más en algunos lugares del espacio, formándose así las primeras estrellas y galaxias. Desde entonces, el universo continúa en constante movimiento y expansión.