Física Clásica

La física clásica se remontan a la antigüedad. Ya en la antigua Babilonia, en el antiguo Egipto y en la Grecia antigua se desarrollaron ciertos aspectos en el campo de la astronomía, la óptica y la mecánica. Otras civilizaciones de la antiguedad (India, China, Persia, etc) se interesaron también por estas disciplinas.

Se denomina física clásica a la física basada en los principios previos a la aparición de la mecánica cuántica. Incluye el estudio de la mecánica, la termodinámica, el electromagnetismo, la óptica, la acústica, la dinámica de fluidos, entre otras. La física clásica se considera determinista (aunque no necesariamente computable o computacionalmente predecible), en el sentido de que el estado de un sistema cerrado en el futuro depende exclusivamente del estado del sistema en el momento actual.

Algunas veces, se reserva la frase nominal «física clásica» para la física prerrelativista. Sin embargo, desde el punto de vista teórico la teoría de la relatividad introduce supuestos menos radicales que los que subyacen en la teoría cuántica. Por esa razón resulta conveniente desde un punto de vista metodológico considerar en conjunto las teorías físicas no-cuánticas.

En la civilización greco-romana surgen los trabajos primordiales de Arquímedes, Petolomeu y Tales. De Arquímedes podemos destacar su trabajo en la mecánica de las palancas, la astronomía, y en el campo de la hidrostática (el famoso “Eureka”).

Petolomeu se dedicó a la astronomía en los fundamentos del modelo geocéntrico – la Tierra como centro del universo (Aristóteles), también se dedicó a estudiar las propiedades de iluminación (óptica), con atención particular a los fenómenos de reflexión y refracción de la luz y origen de los colores. Tales de Mileto realizó varias observaciones de la electricidad estática.

En la época del renacimiento, que la física clásica tiene un desarrollo consideralvel especialmente en el área de la astronomía con el abandono de la teoría geocéntrica y con el advenimiento de la teoría heliocéntrica (el movimiento de los planetas alrededor del Sol) con las obras de Copérnico, Galileo (el desarrollo del telescopio) y Kepler.

En este punto, también debemos reconocer el trabajo de Leonardo Da Vinci en el campo de la mecánica, especialmente en el movimiento del cuerpo (anatomía) y su proyecto de máquina voladora que algunos siglos más tarde dio lugar a la aparición del helicóptero.

Mas adelante apareció el trabajo de Descartes sobre la teoría cartesiana del movimiento y sus consideraciones sobre la mecánica gravitacional.

Sin embargo, la física clásica como la conocemos hoy en día se debe a Sir Isaac Newton (1643-1727), que formuló las tres leyes fundamentales de la física clásica: “Las leyes de Newton”. Newton es considerado el “padre” de la física clásica, también conocida como la física newtoniana.

En los siglos posteriores, las teorías de la física clásica se han desarrollado hasta llegar a su apogeo en el siglo XIX. En este momento, la sociedad creyó que todos los principios científicos de la física habían sido descubiertos  y que poco que quedaba por descubrir, a no ser, explicar algunos problemas de importancia menor y mejorar considerablemente los métodos experimentales.

Para este gran avance en la física, destacamos los trabajos de Daniel Bernoulli (hidrodinámica), Leonhard Euler, Joseph-Louis Lagrange, Pierre-Simon Laplace y Adrien-Marie Legendre (mecánica).

En termodinámica, podemos destacar el trabajo de Boyle, Lussac, Lazare Carnot, Clapeyron, de Joule, Kelvin y Helmholtz. En la mecánica y termodinámica estadística, el trabajo de Fourier, Clausius, Boltzmann y Maxwell. En electricidad y magnetismo (ondas electromagnéticas), la obra de Franklin, Coulomb, Faraday, Galvani, Volta, Oersted, Ampere, Ohm Henry, Gauss, Weber, Helmholtz, Maxwell, Edison, Siemens, Hertz Tesla, Bose, Marconi, y Bell.

En la radioactividad  (que actualmente forma parte de la física nuclear) podemos destacar los trabajos de Becquerel, Marie and Pierre Curie y Rutherford.

No podemos dejar de referirnos a los trabajos de J.J. Thomson y del descubrimiento del electrón y los trabajos de Rayleigh en el fenómeno de difusión de la luz.

La física clásica o Física Newtoniana se divide en las siguientes grandes disciplinas:

• Cinemática
• Mecánica Clásica
• Hidrostática e Hidrodinámica
• Termodinámica
• Ondas y Óptica
• Electricidad y Magnetismo (electromagnetismo)

Asunciones básicas

Aunque la mecánica clásica y la mecánica relativista difieren en algunos aspectos, aun así comparten entre sí algunas asunciones básicas que no son aplicables a la mecánica cuántica:

• Objetividad de las magnitudes físicas, según la cual magnitudes como la posición, el momento lineal, la velocidad, el momento angular, etc. preexisten con independencia del observador y para cada instante del tiempo tienen un valor bien definido (aunque no necesariamente igual para todos los observadores). Esto contrasta con algunas interpretaciones de la mecánica cuántica que rechazan la objetividad tal como aquí se ha definido.
• Determinismo de la evolución temporal del sistema, que implica que los valores de las magnitudes físicas del sistema satisfacen ecuaciones diferenciales bien definidas, de tal manera que conocidos los valores iniciales puede predecirse el valor de dichas magnitudes en el futuro a partir de las ecuaciones diferenciales. Esto también contrasta con la mecánica cuántica que concede un papel a la evolución no determinista: tras una medida se produce un colapso de la función de onda hacia un estado compatible con la medida de manera no determinista, aunque en este proceso las probabilidades de los posibles estados finales están fijadas, no lo está el estado concreto al que se llegará.

En la mecánica cuántica algunos resultados sugieren que el resultado de una medida no realizada no existe hasta el momento de la realización, con lo cual no parece que se pueda hablar de algunas propiedades medibles como cosas preexistentes con indepencia del proceso de medición. Por otra parte, si bien la función de onda de la mecánica cuántica puede evolucionar de manera determinista de acuerdo a una ecuación determinista (como por ejemplo la ecuación de Schrödinger, ver postulado V de la mecánica cuántica), cuando se realiza una medida se acepta que dicho proceso es intrínsecamente aleatorio (ver postulado IV).

Límite de validez

En la inmensa mayoría de aplicaciones prácticas del mundo macroscópico no hay restricciones de la aplicación de la física clásica y sus principios, ya que son muy pocos los sistemas que realmente requieren un tratamiento cuántico o relativista. Sin embargo, al tratar con átomos aislados o moléculas, las leyes de la Física clásica no describen correctamente esos sistemas. Incluso la teoría clásica de la radiación electromagnética es, de alguna manera, limitada en su capacidad de proveer descripciones correctas, dado que la luz es inherentemente un fenómeno cuántico. Al contrario que la física cuántica, la clásica se caracteriza, generalmente, por un principio de completo determinismo.

El paradigma actual principal de la física es que las leyes fundamentales de la naturaleza son las leyes de la física cuántica y la teoría clásica es la aplicación de las leyes cuánticas al mundo macroscópico. Aunque en la actualidad esta teoría es más asumida que probada, uno de los campos de investigación más activos es la correspondencia clásica-cuántica. Este campo de la investigación se centra en descubrir cómo las leyes de la física cuántica producen física clásica en el límite del mundo macroscópico.