La fisica aristotelica es el conjunto de las tesis filosoficas y cosmologicas e hipotesis fisicas y astronomicas desarrolladas por Aristoteles y sus seguidores . Estas teorias comprendieron los cuatro elementos , el eter , el movimiento , las cuatro causas , las esferas celestes , el geocentrismo , etc. Las principales obras de Aristoteles en donde desarrolla sus ideas fisicas son: la Fisica , Sobre el cielo y Acerca de la generacion y la corrupcion . Los principios fundamentales de su fisica son:

1. Lugares naturales: cada uno de los cuatro elementos querria estar en una posicion distinta relativa al centro de la Tierra, que tambien es el centro del universo . La tierra y el agua son graves y descienden, el fuego y el aire son livianos y ascienden.
2. Relacion entre la velocidad y la densidad : la velocidad es inversamente proporcional a la densidad del medio.
3. Gravedad/levedad: para lograr esta posicion, los objetos sienten una fuerza hacia arriba o hacia abajo.
4. Movimiento rectilineo : un movimiento como respuesta a esta fuerza es en una linea recta a una velocidad constante.
5. Movimiento circular : los planetas se mueven en un movimiento circular perfecto.
6. El tiempo : el ahora, el antes y el despues relacionado con el movimiento y el espacio .
7. Negacion del vacio : el movimiento en un vacio es infinitamente rapido.
8. El eter : todos los puntos del espacio estan llenos con materia .
9. Teoria del continuo: si existieran los atomos esfericos habria un vacio entre ellos, por lo que la materia no puede ser atomica.
10. Quintaesencia : los objetos por encima del mundo sublunar no estan formados de materia terrenal.
11. Cosmos incorruptible y eterno: el Sol y los planetas son esferas perfectas, y no cambian.
12. Motor inmovil : causa primera del movimiento de la primera esfera celeste y todo el universo .

El reinado de la fisica aristotelica, la teoria especulativa de la fisica mas antigua conocida, duro casi dos milenios. No obstante, hubo muy pocas referencias explicitas a experimentos en fisica aristotelica ^{[ 8 ]} ​ y Aristoteles llego a varias conclusiones no mediante experimentos y observaciones, sino mediante argumentos logicos. ^{[ 9 ]} ​ Despues del trabajo de muchos pioneros como Copernico , Tycho Brahe , Galileo , Descartes y Newton , se acepto generalmente que la fisica aristotelica no era correcta ni viable. ^{[ 10 ]} ​ Una opinion contraria esta dada por Carlo Rovelli , que sostiene que la fisica de Aristoteles es correcta dentro de su dominio de validez, el de los objetos del campo gravitatorio de la Tierra sumergidos en un fluido tal como aire. ^{[ 8 ]} ​

Las ciencias naturales experimentaron un notable avance en la Edad de Oro del islam (entre los siglos VIII y XIII, aproximadamente). En ese periodo los cientificos musulmanes introdujeron diversas innovaciones y rescataron textos clasicos griegos (como las obras de Aristoteles , Tolomeo o Euclides ). ^{[ 11 ]} ​ Durante este periodo, la teologia islamica todavia promovia la busqueda de conocimiento , juzgando que el espiritu de la ciencia no esta en contradiccion con los aspectos religiosos. ^{[ 12 ]} ​ Algunos pensadores musulmanes de este periodo fueron Al-Farabi , Abu Bishr Matta , Ibn Sina , al-Hassan Ibn al-Haytham y Ibn Bajjah . ^{[ 13 ]} ​ Los trabajos de estos autores y los importantes comentarios sobre ellos impulsaron de manera notable la reflexion cientifica durante el periodo medieval. La traduccion de clasicos grecolatinos al arabe clasico , la lingua franca del periodo tuvo importantes consecuencias para la ciencia islamica y europea.

La ciencia medieval islamica adopto la fisica aristotelica de los griegos y la desarrollo con nuevas observaciones. Sin embargo, en el mundo islamico se aprecio la posibilidad de expandir el conocimiento a partir de la observacion empirica, y creian que el universo estaba gobernado por un conjunto unico de leyes universales. El uso de observaciones empiricas les condujo a la formulacion de una forma cruda de metodo cientifico . ^{[ 14 ]} ​

El estudio de la fisica en el mundo islamico empezo en Irak y Egipto . ^{[ 15 ]} ​ Los campos de la fisica estudiados en ese periodo incluyen la optica , la mecanica (incluyendo la estatica , la dinamica , la cinematica , la fisica del movimiento y la astronomia ).

La fisica moderna comienza entre finales del siglo  XIX y principios del siglo  XX . La fisica moderna se refiere a los desarrollos dentro de los enfoques relativista (teoria de la relatividad) y cuantico (fisica cuantica). Aunque tambien durante el siglo  XX se hicieron avances en otros campos de la fisica clasica, como la teoria del caos .

Aunque se han realizado experimentos de fisica moderna con anterioridad, se considera como punto de inicio de la fisica moderna el ano 1900, cuando el aleman Max Planck propone la idea del ≪ cuanto de accion ≫. Planck propuso la idea de que la energia se dividia en unidades indivisibles ( quanta ) , y que esta no era continua como decia la fisica clasica ; es decir, que todos los niveles de energia posibles son multiplos de un nivel de energia minimo llamado cuanto. Por ello nace esta nueva rama de la fisica, que estudia las manifestaciones que se producen en los atomos, los comportamientos de estas particulas que forman la materia y las fuerzas que las rigen. Se conoce, generalmente, por estudiar los fenomenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella, o cuyas escalas espaciales son del orden del tamano del atomo o inferiores. ^{[ 16 ]} ​ Los temas anteriormente tratados de la fisica clasica no servian para resolver los problemas presentados, ya que estos se basan en certezas y la fisica moderna en probabilidades, lo que provoco dificultades para adaptarse a las nuevas ideas.

Uno de los enfoques de la fisica actual es comprender la relacion entre las fuerzas que rigen la naturaleza, la gravedad , el electromagnetismo , la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear debil . Las tres ultimas integradas en el modelo estandar de 1973. Sin embargo, la gravedad no encaja en este esquema y tampoco existe una teoria unificada de la cromodinamica cuantica y la teoria electrodebil . Comprender y lograr una teoria de unificacion , para asi poder entender el universo y sus particulas. ^{[ 16 ]} ​

La fisica moderna se suele dividir en dos ramas principales, la mecanica cuantica , util para abordar temas como la fisica nuclear , atomica o molecular , y la teoria de la relatividad , util para abordar temas como la cosmologia . ^{[ 17 ]} ​

La palabra energia se deriva del griego ( energeia ), que aparece por primera vez en la obra Etica nicomaquea ^{[ 18 ]} ​ del siglo  IV antes de Cristo.

El concepto de energia surgio de la idea de la vis viva (fuerza viva), que Leibniz define como el producto de la masa de un objeto y su velocidad al cuadrado; el creia que el total de la vis viva (fuerza viva) se conservaba. Para demostrar la desaceleracion debido a la friccion, Leibniz afirmo que el calor consistia en el movimiento aleatorio de las partes constituyentes de la materia - una opinion compartida por Isaac Newton , aunque pasaria mas de un siglo para que esto fuese generalmente aceptado.

En su libro Institutions de Physique (Lecciones de fisica) publicado en 1740 por Emilie marquesa de Chatelet incorpora la idea de Leibniz con observaciones practicas de Gravesande para demostrar que la "cantidad de movimiento" de un objeto en movimiento es proporcional a su masa y al cuadrado de su velocidad (no la velocidad como Newton la demostro, lo que mas tarde se llamo momentum ).

En 1802 en una conferencia de Royal Society, Thomas Young fue el primero en utilizar el termino "energia" en su sentido moderno, en lugar de vis viva . ^{[ 19 ]} ​ En 1807 en una publicacion de estas conferencias lo escribio. ^{[ aclaracion requerida ]}

En 1829 Gustave-Gaspard Coriolis describio " energia cinetica " en su sentido moderno, y en 1853, William Rankine acuno el termino " energia potencial ."

Se argumento durante algunos anos si la energia era una sustancia ( Teoria calorica ) o simplemente una cantidad fisica.

La historia de la termodinamica es una pieza fundamental en la historia de la fisica, la historia de la quimica , y la historia de la ciencia en general. Debido a la relevancia de la termodinamica en muchas areas de la ciencia y la tecnologia , su historia esta finamente tejida con los desarrollos de la mecanica clasica , mecanica cuantica , magnetismo , y la cinetica quimica , para aplicar a campos mas distante tales como la meteorologia , teoria de informacion , y biologia ( fisiologia ), y a desarrollos tecnologicos como la maquina de vapor , motor de combustion interna , criogenia y generacion de electricidad. El desarrollo de la termodinamica fue motivado y dirigido por la teoria atomica . Tambien, aunque de una manera sutil, motivo nuevas direcciones en probabilidad y estadistica ; vea, por ejemplo, la linea de tiempo de la termodinamica.

La historia de la termodinamica como disciplina cientifica se considera generalmente que comienza con Otto von Guericke quien, en 1650, construyo y diseno la primera bomba de vacio y demostro las propiedades del vacio usando sus hemisferios de Magdeburgo . Guericke fue impulsado a hacer el vacio con el fin de refutar la suposicion de Aristoteles que ≪la naturaleza aborrece el vacio≫. Poco despues de Guericke, el fisico y quimico Robert Boyle estudio y mejoro los disenos de Guericke y en 1656, en coordinacion con el cientifico Robert Hooke , construyo una bomba de aire. Con esta bomba, Boyle y Hooke observaron una correlacion entre la presion, temperatura y volumen. Con el tiempo, se formularon la ley de Boyle , indicando que para un gas a temperatura constante, la presion y el volumen son inversamente proporcionales y otras leyes de los gases .

En 1679, un asociado de Boyle, Denis Papin basandose en estos conceptos, construyo un digestor de vapor , que era un recipiente cerrado con una tapa de cierre hermetico en el que el vapor confinado alcanzaba una alta presion, aumentando el punto de ebullicion y acortando el tiempo de coccion de los alimentos.

En 1697, el ingeniero Thomas Savery , a partir de los disenos de Papin, construyo el primer motor termico , seguido por Thomas Newcomen en 1712. Aunque estos primeros motores eran toscos y poco eficientes, atrajeron la atencion de los cientificos mas destacados de la epoca.

En 1733, Bernoulli uso metodos estadisticos, junto con la mecanica clasica, para extraer resultados de la hidrodinamica , iniciando la fisica estadistica .

En 1781 los conceptos de capacidad calorifica y calor latente , fueron desarrollados por el profesor Joseph Black de la Universidad de Glasgow, donde James Watt trabajo como fabricante de instrumentos. Watt consulto con Black en las pruebas de la maquina de vapor , pero fue Watt quien concibio la idea del condensador externo, aumentando grandemente la eficiencia de la maquina de vapor.

En 1783, Antoine Lavoisier propone la teoria calorica .

En 1798 Benjamin Thompson , conde de Rumford, demostro la conversion del trabajo mecanico en calor .

Sobre la base de todo este trabajo previo, Sadi Carnot , el ≪padre de la termodinamica≫, publico en 1824 Reflexiones sobre la energia motriz del fuego , un discurso sobre la eficiencia termica, la energia, la energia motriz y el motor. El documento describe las relaciones basicas energeticas entre la maquina de Carnot , el ciclo de Carnot y energia motriz, marcando el inicio de la termodinamica como ciencia moderna.

El primer libro de texto sobre termodinamica fue escrito en 1859 por William Rankine , quien originalmente se formo como fisico y profesor de ingenieria civil y mecanica en la Universidad de Glasgow. El primer y segundo principios de termodinamica surgieron simultaneamente en la decada de 1850, principalmente por las obras de Germain Henri Hess , William Rankine, Rudolf Clausius , James Prescott Joule y William Thomson (Lord Kelvin).

Los fundamentos de la termodinamica estadistica se establecieron por los fisicos como James Clerk Maxwell , Ludwig Boltzmann , Max Planck , Rudolf Clausius , Johannes van der Waals y Josiah Willard Gibbs .

Desde 1873 hasta el 76, el fisico matematico estadounidense Josiah Willard Gibbs publico una serie de tres articulos, siendo la mas famosa Sobre el equilibrio de las sustancias heterogeneas . Gibbs demostro como los procesos termodinamicos, incluyendo reacciones quimicas, se podrian analizar graficamente . Mediante el estudio de la energia, la entropia, potencial quimico, la temperatura y la presion del sistema termodinamico, se puede determinar si un proceso se produce espontaneamente. La termodinamica quimica y la fisicoquimica fueron desarrolladas ademas por Walther Nernst , Pierre Duhem , Gilbert N. Lewis , Jacobus Henricus van 't Hoff , y Theophile de Donder , entre otros, aplicando los metodos matematicos de Gibbs.

Tambien fueron de importancia para la termodinamica los desarrollos en termometria y manometria .

La historia del electromagnetismo , considerada como el conocimiento y el uso registrado de las fuerzas electromagneticas , data de hace mas de dos mil anos.

En la antiguedad ya estaban familiarizados con los efectos de la electricidad atmosferica, en particular del rayo ^{[ 20 ]} ​ ya que las tormentas son comunes en las latitudes mas meridionales, ya que tambien se conocia el fuego de San Telmo . Sin embargo, se comprendia poco la electricidad y no eran capaces de producir estos fenomenos. ^{[ 21 ]} ​ ^{[ 22 ]} ​

Durante los siglos XVII y XVIII , William Gilbert , Otto von Guericke , Stephen Gray , Benjamin Franklin , Alessandro Volta entre otros investigaron estos dos fenomenos de manera separada y llegaron a conclusiones coherentes con sus experimentos.

A principios del siglo  XIX , Hans Christian Ørsted encontro evidencia empirica de que los fenomenos magneticos y electricos estaban relacionados. De ahi es que los trabajos de fisicos como Andre-Marie Ampere , William Sturgeon , Joseph Henry , Georg Simon Ohm , Michael Faraday en ese siglo, son unificados por James Clerk Maxwell en 1861 con un conjunto de ecuaciones que describian ambos fenomenos como uno solo, como un fenomeno electromagnetico. ^{[ 22 ]} ​

Las ahora llamadas ecuaciones de Maxwell demostraban que los campos electricos y los campos magneticos eran manifestaciones de un solo campo electromagnetico. Ademas, describia la naturaleza ondulatoria de la luz, mostrandola como una onda electromagnetica . ^{[ 23 ]} ​ Con una sola teoria consistente que describia estos dos fenomenos antes separados, los fisicos pudieron realizar varios experimentos prodigiosos e inventos muy utiles como la bombilla electrica por Thomas Alva Edison o el generador de corriente alterna por Nikola Tesla . ^{[ 24 ]} ​ El exito predictivo de la teoria de Maxwell y la busqueda de una interpretacion coherente de sus implicaciones, fue lo que llevo a Albert Einstein a formular su teoria de la relatividad que se apoyaba en algunos resultados previos de Hendrik Antoon Lorentz y Henri Poincare .

En la primera mitad del siglo  XX , con el advenimiento de la mecanica cuantica , el electromagnetismo tuvo que mejorar su formulacion para que fuera coherente con la nueva teoria. Esto se logro en la decada de 1940 cuando se completo una teoria cuantica electromagnetica conocida como electrodinamica cuantica

En septiembre de 1905, Albert Einstein publico su articulo ≪Elektrodynamik≫ [Ein05c]. Einstein deriva las ecuaciones de Lorentz basandose en su principio de relatividad y la constancia de la velocidad de la luz, sin asumir la presencia de un eter. (Debido a que el eter no se utiliza en la derivacion, muchos fisicos hacen uso de la navaja de Ockham para eliminarlo por completo, ya que, como con la formulacion de Poincare, no puede detectarse en cualquier caso una velocidad uniforme relativa al eter). Einstein queria saber que permanecia invariante para todos los observadores. ^{[ cita requerida ]} El titulo original de Einstein del documento se traduce del aleman como Sobre la electrodinamica de los cuerpos en movimiento . Max Planck sugirio el termino ≪relatividad≫ para resaltar la idea de la transformacion de las leyes de la Fisica entre observadores en movimiento relativo entre si. El termino 'especial' fue dada por Einstein mas tarde con el fin de distinguirla de la teoria general de la relatividad .

El articulo de Einstein no contiene referencias a otros de la literatura. Si hace mencion a Lorentz, pero solo en el punto 9, parte II, en relacion con el tratamiento de los campos electromagneticos. Poincare no se menciona.

En noviembre de 1905 su documento ≪¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido energetico?≫ (Ist die Tragheit eines Korpers von seinem Energieinhalt abhangig?) fue publicado en Annalen der Physik [Ein05d]. Einstein fue el primero en sugerir que cuando un cuerpo material pierde una energia ${\displaystyle E}$ (ya sea por transmision de calor o por radiacion), su masa se reduce en la cantidad ${\displaystyle E/c^{2}}$ (generalizando la idea de la equivalencia masa - energia del ≪fluido ficticio≫ propuesto por Poincare). Esto dio lugar a la famosa formula de equivalencia masa - energia ${\displaystyle E=mc^{2}}$. Einstein considero muy importante la ecuacion de equivalencia ya que demostraba que una particula con masa posee una energia, la ≪energia en reposo≫, distinta de la energia cinetica y energia potencial clasicas.

Poco despues de la formulacion de la teoria de la relatividad especial en 1905, Albert Einstein comenzo a elucubrar como describir los fenomenos gravitatorios con ayuda de la nueva mecanica. En 1907 se embarco en la busqueda de una nueva teoria relativista de la gravedad que duraria ocho anos. Despues de numerosos desvios y falsos comienzos, su trabajo culmino el 25 de noviembre de 1915 con la presentacion a la Academia Prusiana de las Ciencias de su articulo, que contenia las que hoy son conocidas como " Ecuaciones de Campo de Einstein ". Estas ecuaciones forman el nucleo de la teoria y especifican como la densidad local de materia y energia determina la geometria del espacio-tiempo.

Las ecuaciones de campo de Einstein son no lineales y muy dificiles de resolver. Einstein utilizo los metodos de aproximacion en la elaboracion de las predicciones iniciales de la teoria. Pero ya en 1916, el astrofisico Karl Schwarzschild encontro la primera solucion exacta no trivial de las Ecuaciones de Campo de Einstein, la llamada Metrica de Schwarzschild . Esta solucion sento las bases para la descripcion de las etapas finales de un colapso gravitacional, y los objetos que hoy conocemos como agujeros negros . En el mismo ano, se iniciaron los primeros pasos hacia la generalizacion de la solucion de Schwarzschild a los objetos con carga electrica , obteniendose asi la solucion de Reissner-Nordstrom , ahora asociada con la carga electrica de los agujeros negros.

En 1917, Einstein aplico su teoria al universo en su conjunto, iniciando el campo de la cosmologia relativista. En linea con el pensamiento contemporaneo, en el que se suponia que el universo era estatico, agrego a sus ecuaciones una constante cosmologica para reproducir esa "observacion". En 1929, sin embargo, el trabajo de Hubble y otros demostraron que nuestro universo se esta expandiendo. Esto es facilmente descrito por las soluciones encontradas por Friedmann en 1922 para la expansion cosmologica, que no requieren de una constante cosmologica. Lemaitre utilizo estas soluciones para formular la primera version de los modelos del Big Bang , en la que nuestro universo ha evolucionado desde un estado anterior extremadamente caliente y denso. Einstein declaro mas tarde que agregar esa constante cosmologica a sus ecuaciones fue el mayor error de su vida.

Durante ese periodo, la relatividad general se mantuvo como una especie de curiosidad entre las teorias fisicas. Fue claramente superior a la gravedad newtoniana, siendo consistente con la relatividad especial y contestaba varios efectos no explicados por la teoria newtoniana. El mismo Einstein habia demostrado en 1915 como su teoria lograba explicar el avance del perihelio anomalo del planeta Mercurio sin ningun parametro arbitrario. Del mismo modo, en una expedicion de 1919 liderada por Eddington confirmaron la prediccion de la relatividad general para la desviacion de la luz estelar por el Sol durante el eclipse total de Sol del 29 de mayo de 1919, haciendo famoso a Einstein instantaneamente. Sin embargo, esta teoria ha entrado en la corriente de la fisica teorica y la astrofisica desarrolladas aproximadamente entre 1960 y 1975, ahora conocido como la edad de oro de la relatividad general. Los fisicos empezaron a comprender el concepto de agujero negro , y a identificar la manifestacion de objetos astrofisicos como los cuasares . Cada vez mas precisas, las pruebas del sistema solar confirmaron el poder predictivo de la teoria, y la cosmologia relativista, tambien se volvio susceptible a encaminar pruebas observacionales.

Cosmologia fisica
Big Bang y evolucion del universo
Articulos
Universo primitivo	Teoria del Big Bang · Inflacion cosmica · Bariogenesis · Nucleosintesis primordial · Creacionismo
Expansion	Expansion metrica del espacio · Expansion acelerada del universo · Ley de Hubble · Corrimiento al rojo
Estructura	Forma del universo · Espacio-tiempo · Materia barionica · Universo · Materia oscura · Energia oscura
Experimentos	Planck (satelite) · WMAP · COBE
Cientificos	Albert Einstein · Edwin Hubble · Georges Lemaitre · Stephen Hawking · George Gamow - Mustapha Ishak-Boushaki
Portales
Principal	Cosmologia
Otros	Fisica · Astronomia · Exploracion espacial · Sistema Solar

La historia de la teoria del Big Bang comienza con las solucion Alexander Friedmann (1922-24) a las ecuaciones de campo de Einstein (1915). Las subsiguientes teorizaciones de Georges Lemaitre (1927) y las observaciones de Edwin Hubble (1929) su sumaron luego a otros aportes teoricos y practicos que fueron conformando dicha teoria. Gran parte del trabajo teorico de la cosmologia se centra en estos momentos en profundizar y mejorar el modelo basico del Big Bang.

Si bien el modelo basico tiene casi cien anos, posteriormente se propusieron muchas ideas dentro del modelo como la nucleosintesis primordial en los anos 1940, o la teoria de la inflacion cosmica en los anos 1980 para resolver aspectos previamente no explicados. El cambio reciente mas notorio fue el descubrimiento de la expansion acelerada del universo en 1998, que llevo a hacer bastantes ajustes en el modelo basico y llevo a la formulacion del modelo ΛCDM .

La historia de la mecanica cuantica comienza esencialmente con la introduccion de la expresion cuerpo negro por Gustav Kirchhoff en el invierno de 1859-1860, la sugerencia hecha por Ludwig Boltzmann en 1877 sobre que los estados de energia de un sistema fisico deberian ser discretos, y la hipotesis cuantica de Max Planck en el 1900, quien decia que cualquier sistema de radiacion de energia atomica podia teoricamente ser dividido en un numero de elementos de energia discretos ${\displaystyle E\,}$, tal que cada uno de estos elementos de energia sea proporcional a la frecuencia ${\displaystyle \nu \,}$, con las que cada uno podia de manera individual irradiar energia , como lo muestra la siguiente formula: ${\displaystyle E=h\nu \,}$

donde ${\displaystyle h\,}$ es un valor numerico llamado constante de Planck .

En 1905, para explicar el efecto fotoelectrico (1839), esto es, la expulsion de electrones en ciertos materiales debido a la incidencia de luz sobre los mismos, Albert Einstein postulo ?basandose en la hipotesis cuantica de Planck? que la luz esta compuesta de particulas cuanticas individuales, las que mas tarde fueron llamadas fotones (1926).

El termino ≪mecanica cuantica≫ fue usado por primera vez en el escrito de Max Born llamado Zur Quantenmechanik (La Mecanica Cuantica). En los anos que siguen, esta base teorica comenzo lentamente a ser aplicada a estructuras, reacciones y enlaces quimicos.

La teoria cuantica de campos comenzo a desarrollarse a finales de los anos 1920, en un intento de incorporar dentro de la mecanica cuantica la teoria del campo electromagnetico .

Actualmente, la teoria cuantica de campos es un marco consistente para describir los campos de gauge en un espacio-tiempo plano . Se busca intensamente generalizar la teoria para poder describir los mismos campos en un espacio-tiempo curvo con curvaturas muy grandes.