Emmy Noether
, eminente fisica teorica. Revoluciono las teorias de
anillos
,
cuerpos
y
algebras
. El teorema que lleva su nombre,
teorema de Noether
, formulado por ella misma, explica la conexion fundamental entre la
simetria en fisica
y las
leyes de conservacion
.
La
fisica teorica
es la rama de la
fisica
que elabora teorias y modelos usando el
lenguaje matematico
con el fin de explicar y comprender fenomenos fisicos, aportando las herramientas necesarias no solo para el analisis sino para la prediccion del comportamiento de los
sistemas fisicos
. El objetivo de la fisica teorica es comprender el universo elaborando
modelos matematicos
y
conceptuales
de la realidad que se utilizan para racionalizar, explicar y predecir los fenomenos de la
naturaleza
, planteando una teoria fisica de la realidad.
Aunque trabajos anteriores se pueden considerar parte de esta disciplina, la fisica teorica cobra especial fuerza desde la formulacion de la
mecanica analitica
(
Joseph-Louis de Lagrange
,
William Rowan Hamilton
) y adquiere una relevancia de primera linea a partir de las revoluciones
cuantica
y
relativista
de principios del siglo
XX
(por ejemplo la
bomba atomica
fue una prediccion de la fisica teorica).
La cultura de la investigacion en fisica en los ultimos tiempos se ha especializado tanto que ha dado lugar a una separacion de los fisicos que se dedican a la teoria y otros que se dedican a los experimentos. Los teoricos trabajan en la busqueda de modelos matematicos que expliquen los resultados experimentales y que ayuden a predecir resultados futuros. Asi pues, teoria y experimentos estan relacionados intimamente. El progreso en fisica a menudo ocurre cuando un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teorias actuales, por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.
La fisica teorica tiene una importante relacion con la
fisica matematica
, en esta ultima se pone enfasis en analizar las propiedades de las estructuras matematicas empleadas en la fisica teorica, y en teorizar posibles generalizaciones que puedan servir como descripciones matematicas mas complejas y generales de los sistemas estudiados en la fisica teorica. La fisica teorica esta muy relacionada con las
matematicas
ya que estas suministran el lenguaje usado en el desarrollo de las teorias fisicas. Los teoricos confian en el
calculo diferencial
e
integral
, el
analisis numerico
y en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos fisicos. Los campos de
fisica computacional
y matematicas son areas de investigacion activas.
Los teoricos pueden concebir conceptos tales como
universos paralelos
, espacios multidimensionales,
minusculas cuerdas
que vibran o la teoria del todo y a partir de ahi, realizar hipotesis fisicas.
Metodo de la fisica
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]
Todas las ciencias de la naturaleza poseen una caracteristica comun: son ciencias experimentales, es decir, los conocimientos acumulados han sido obtenidos mediante la experimentacion sistematica. Este procedimiento se denomina
metodo cientifico experimental
o tambien
metodo empirico-descriptivo
.
No obstante, la fisica teorica crea y usa la matematica adecuada para predecir fenomenos que aun no han sido observados experimentalmente asi como otros que nos permiten conocer el universo en formas no accesibles experimentalmente, sobre la base de principios bien demostrados experimentalmente. Pero la demostracion final de todo conocimiento en fisica es experimental y hasta que no se demuestra de esta forma las predicciones de la teoria no se puede estar seguro de la validez de una teoria o modelo. Un ejemplo esta en los
aceleradores de particulas
en los que se busca en muchas ocasiones particulas previstas por el modelo de la fisica de particulas y frecuentemente se encuentran otras no previstas inicialmente y que hacen cambiar el modelo. Asimismo, las predicciones de la fisica teorica han indicado a menudo la existencia de particulas no descubiertas y han proporcionado las tecnicas adecuadas para su busqueda experimental, siendo encontradas de forma posterior a su prediccion teorica.
Teorias centrales
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]
Las teorias dominantes (a veces conocidas como teorias centrales) son el cuerpo de conocimiento de ambos puntos de vista factico y cientifico, y que poseen una calidad cientifica habitual de pruebas de repetibilidad, y coherencia con los parametros bien establecidos de la ciencia y la experimentacion. No existen teorias dominantes que son generalmente aceptadas, sino teorias que se basan unicamente en sus efectos que explican una amplia variedad de datos, aunque la deteccion, la explicacion, y posible composicion son aun temas de debate.
Teorias propuestas
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]
Las teorias propuestas de la fisica son relativamente nuevas teorias que se ocupan del estudio de la fisica, que incluyen los enfoques cientificos, medios para determinar la validez de los modelos y los nuevos tipos de razonamiento utilizados para llegar a la teoria. Sin embargo, algunas teorias propuestas son las teorias que han existido durante decadas y han eludido a los metodos de descubrimiento y de la prueba. Teorias propuestas pueden incluir las teorias marginales en el proceso de establecerse (y, a veces, ganando una mayor aceptacion). Las teorias propuestas por lo general no han sido probadas.
Historia
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]
La fisica teorica comenzo hace al menos 2300 anos, bajo la
filosofia presocratica
, y continuo con
Platon
y
Aristoteles
, cuyas opiniones dominaron durante un milenio. Durante el surgimiento de las
universidades medievales
, las unicas
disciplinas intelectuales reconocidas
eran las siete
artes liberales
del
Trivium
como
gramatica
,
logica
y
retorica
y del
Quadrivium
como
aritmetica
,
geometria
,
musica
y
astronomia
. Durante la Edad Media y el Renacimiento, el concepto de ciencia experimental, el contrapunto a la teoria, comenzo con eruditos como Ibn al-Haytham y Francis Bacon. A medida que la
revolucion cientifica
se aceleraba, los conceptos de
materia
, energia, espacio, tiempo y
causalidad
lentamente comenzaron a adquirir la forma que conocemos hoy, y otras ciencias surgieron de la rubrica de
filosofia natural
. Asi comenzo la era moderna de la teoria con el cambio de paradigma en la astronomia
copernicana
, seguido pronto por las expresiones de
Johannes Kepler
para las orbitas planetarias, que resumieron las meticulosas observaciones de
Tycho Brahe
; las obras de estos hombres (junto con las de Galileo) quizas puedan considerarse como constituyentes de la Revolucion Cientifica.
El gran impulso hacia el concepto moderno de explicacion comenzo con
Galileo
, uno de los pocos
fisicos
que era tanto un teorico consumado como un gran
experimentalista
. La
geometria analitica
y la mecanica de
Descartes
se incorporaron al
calculo
y la
mecanica
de
Isaac Newton
, otro teorico/experimentalista del mas alto orden, escribiendo
Principia Mathematica
.
[
1
]
En el contenia una gran sintesis de la obra de Copernico, Galileo y Kepler; asi como las teorias de la mecanica y la gravitacion de Newton, que dominaron como visiones del mundo hasta principios del siglo
XX
. Simultaneamente, tambien se avanzo en optica (en particular, la teoria del color y la antigua ciencia de la
optica geometrica
), cortesia de Newton, Descartes y los holandeses Snell y Huygens. En los siglos
XVIII
y
XIX
Joseph-Louis Lagrange
,
Leonhard Euler
y
William Rowan Hamilton
extenderian considerablemente la teoria de la mecanica clasica.
[
2
]
Recogieron el entrelazamiento interactivo de
matematicas
y
fisica
iniciado dos milenios antes por Pitagoras.
Entre los grandes logros conceptuales de los siglos
XIX
y
XX
estuvo la consolidacion de la idea de
energia
(asi como su conservacion global) mediante la inclusion de
calor
,
electricidad
y
magnetismo
, y luego
luz
. Las
leyes de la termodinamica
, y lo que es mas importante, la introduccion del concepto singular de
entropia
comenzaron a proporcionar una explicacion macroscopica de las propiedades de la materia. La
mecanica estadistica
(seguida de la
fisica estadistica
y la
mecanica estadistica cuantica
) surgio como una rama de la termodinamica a finales del siglo
XIX
. Otro evento importante en el siglo
XIX
fue el descubrimiento de la
teoria electromagnetica
, unificando los fenomenos previamente separados de la electricidad, el magnetismo y la luz.
Los pilares de la
fisica moderna
, y quizas las teorias mas revolucionarias en la historia de la fisica, han sido la
teoria de la relatividad
y la
mecanica cuantica
. La mecanica newtoniana se incluyo en la relatividad especial y la
gravedad
de Newton recibio una explicacion
cinematica
mediante la
relatividad general
. La mecanica cuantica condujo a una comprension de
radiacion
de
cuerpo negro
(que de hecho, fue una motivacion original para la teoria) y de anomalias en los
calores especificos
de
solidos
? y finalmente a una comprension de las estructuras internas de
atomos
y
moleculas
. La mecanica cuantica pronto dio paso a la formulacion de la
teoria cuantica de campos
(QFT), iniciada a finales de la decada de 1920. Despues de la Segunda Guerra Mundial, un mayor progreso genero un interes renovado en QFT, que se habia estancado desde los primeros esfuerzos. El mismo periodo tambien vio nuevos ataques a los problemas de la superconductividad y las transiciones de fase, asi como las primeras aplicaciones de QFT en el area de la materia condensada teorica. Las decadas de 1960 y 1970 vieron la formulacion del
modelo estandar de fisica de particulas
utilizando QFT y el progreso en la fisica de la materia condensada (
fundamentos de la superconductividad
y
fenomenos criticos
,
entre otros
), en paralelo a las aplicaciones de la relatividad a los
problemas en astronomia
y
cosmologia respectivamente
.
Todos estos logros dependieron de la fisica teorica como fuerza impulsora tanto para sugerir experimentos como para consolidar resultados, a menudo mediante la aplicacion ingeniosa de las matematicas existentes o, como en el caso de Descartes y Newton (con
Leibniz
), inventando nuevas matematicas. Los estudios de
Fourier
sobre la conduccion del calor condujeron a una nueva rama de las matematicas:
serie infinita, ortogonal
.
[
3
]
La fisica teorica moderna intenta unificar teorias y explicar fenomenos en nuevos intentos de comprender el
Universo
, desde la
cosmologica
hasta la
particula elemental
. Donde no se puede hacer experimentacion, la fisica teorica aun intenta avanzar mediante el uso de modelos matematicos.
Experimentos mentales frente a experimentos reales
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]
Los experimentos "mentales" son situaciones imaginarias, que plantean un interrogante del tipo "Supongamos que estas en esta situacion, asumiendo que esto es cierto, ¿que cabria esperar a continuacion?".
Los experimentos mentales han sido una herramienta usada para investigar cuestiones que no era posible someter a experimento real inmediatamente. Algunos ejemplos famosos de experimentos mentales notables de la fisica han sido el
gato de Schrodinger
, la
paradoja EPR
, la
paradoja de los gemelos
, etc. Muchos de estos experimentos mentales han llevado a experimentos fisicos de verificacion reales que han permitido examinar ciertas asunciones teoricas. La paradoja EPR por ejemplo condujo a las
desigualdades de Bell
, que a su vez fueron comprobadas con diferentes grados de rigor, lo cual a su vez condujo a la aceptacion de ciertos principios de la
mecanica cuantica
, previamente muy debatidos, asi como a la aceptacion general del
indeterminismo cuantico
como
hipotesis
de trabajo principal.
Fisicos teoricos eminentes
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]
Entre otros muchos los siguientes son algunos de los fisicos teoricos mas celebres y relevantes:
Referencias
[
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]
- ↑
See 'Correspondence of Isaac Newton, vol.2, 1676?1687' ed. H W Turnbull, Cambridge University Press 1960; at page 297, document #235, letter from Hooke to Newton dated 24 November 1679.
- ↑
Penrose, R (2004).
The Road to Reality
. Jonathan Cape. p.
471
.
- ↑
Penrose, R (2004). ≪9: Fourier decompositions and hyperfunctions≫.
The Road to Reality
. Jonathan Cape.
Bibliografia
[
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]
- Duhem, Pierre.
La theorie physique - Son objet, sa structure,
(frances). 2ª edicion - 1914. Reimpreso por
Joseph Vrin
philosophical bookstore
(1981),
ISBN 2711602214
- Feynman, et al.
The Feynman Lectures on Physics
(3 vol.). Primera edicion:
Addison-Wesley
, (1964, 1966) - Un texto superventas en tres volumenes cubriendo la mayor parte de la fisica. Es un libro de referencia a nivel de licenciatura en muchas areas profesionales
- Lev Landau
et al.
Curso de fisica teorica
-
Una famosa serie de libros que trataba con conceptos teoricos y abarcaba mas de 10 volumenes, fue traducida a muchas lenguas y reimpresa muchas veces mas. A veces se nombra simplemente como
Landau y Lischits
- Longair, MS.
Theoretical Concepts in Physics: An Alternative View of Theoretical Reasoning in Physics
.
Cambridge University Press
; 2.ª edicion (4 Dic 2003).
ISBN 052152878X
.
ISBN 978-0521528788
- Planck, Max (1909).
"Eight Lectures on theoretical physics"
.
Library of Alexandria
.
ISBN 1465521887
,
ISBN 9781465521880
- Sommerfeld, Arnold
:
Vorlesungen uber theoretische Physik
('Lecciones sobre fisica teorica'); aleman, 6 volumenes