Las ramas de la Física

Las ramas de la Física. Dentro de la física encontramos disciplinas muy diferentes entre ellas que nos ayudan a comprender la naturaleza del Universo.

El concepto de “física” deriva del griego “physika”, que significa “cosas naturales”. En este sentido, la física es la ciencia que nos ayuda a comprender cómo funciona exactamente eso: los fenómenos naturales que nos rodean.

Ya desde que las civilizaciones antiguas empezaron a preguntarse acerca de las leyes que regían el comportamiento de los objetos del mundo, la física ha ido expandiéndose para dar respuesta a todas las incógnitas acerca del funcionamiento del Universo.

¿Qué es la Física y qué estudia?

Desde que Galileo Galilei se atrevió a decir que la Tierra no era el centro del Universo hasta que Stephen Hawking nos habló sobre la naturaleza de los agujeros negros, pasando por un Isaac Newton asentando las leyes de la gravedad, grandes personalidades han contribuido a que cada vez comprendamos más los principios que rigen la naturaleza. Sin embargo, conforme avanzamos en el conocimiento del Universo, más conscientes somos de su complejidad.

Esta extrema complejidad en la naturaleza de los fenómenos ha conducido a que la física como tal tuviera que especializarse en distintas ramas, cada una de ellas con un ámbito de estudio concreto. Si bien la física se puede definir como la ciencia que estudia las propiedades de la materia y la energía, existen muchos matices y objetos de investigación distintos.

Ramas de la Física según época histórica

A pesar de que los filósofos de la antigüedad ya hicieron investigaciones acerca de fenómenos que podríamos catalogar dentro de la física, tradicionalmente consideramos que la física como ciencia pura nació en el siglo XVII con la revolución científica. Fue en este momento cuando los científicos empezaron a aplicar las leyes matemáticas en experimentos sobre el movimiento de objetos.

La progresión de la física ha llevado a que ahora ya no solo investiguemos cómo se mueven los objetos, sino que nos preguntamos acerca de las leyes que rigen el comportamiento de los átomos, la velocidad de la luz y partículas que se comportan de forma diferente al “mundo real”.

Es por ello que hacemos una clasificación de las ramas de esta ciencia de acuerdo a la época histórica, diferenciando entre física clásica, moderna y contemporánea.

1. Física clásica

La física clásica es aquella rama de la física que se desarrolló durante los primeros siglos de vida de esta ciencia y que estudió fenómenos relativos a objetos grandes que se movían a una velocidad muy por debajo de la velocidad de la luz o que, al menos, podían ser estudiados mediante la tecnología de la época.

Isaac Newton fue el impulsor de la física clásica, que duró desde el siglo XVII hasta principios del siglo XX. Las ramas correspondientes a esta Época son las siguientes:

• Mecánica clásica: Es la rama de la física encargada de estudiar y analizar el movimiento de los objetos de tamaño mundano bajo la acción de fuerzas naturales o artificiales.
• Hidrología: Es la rama de la física que estudia el movimiento de cuerpos líquidos, tanto su circulación, distribución y propiedades tanto en los océanos, superficie terrestre y atmósfera.
• Termodinámica: Es la disciplina encargada de medir los cambios de calor en un cuerpo producidos por alteraciones en las condiciones en las que se encuentra.
• Acústica: Es la rama de la física que tiene el objetivo de estudiar las ondas mecánicas que se propagan a través de un medio y que son las responsables de los sonidos, infrasonidos y ultrasonidos.
• Óptica: Es la rama de la física que investiga la naturaleza de la luz tomando esta como una onda y analizando sus propiedades.
• Electromagnetismo: Es la disciplina dentro de la física que unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría describiendo la interacción de partículas cargadas que son responsables de estos fenómenos.

Isaac Newton, uno de los físicos clásicos más célebres.

2. Física moderna

La física moderna comienza a principios del siglo XX cuando Max Planck investigó acerca de unas partículas imperceptibles para nuestros sentidos a los que él bautizó como “cuanto”. La naturaleza de estas partículas invisibles no podía ser explicada mediante las leyes de la física clásica.

La física, entonces, empezó a estudiar los fenómenos que rigen la conducta de objetos del tamaño de los átomos e incluso inferiores, desarrollándose así la física moderna. Las ramas pertenecientes a esta época son las siguientes:

• Mecánica cuántica: Del mismo modo que pretendía hacer la clásica, la mecánica cuántica estudia y analiza el movimiento de los objetos, pero en este caso centrándose en los fenómenos que se dan a nivel subatómico, en los que las leyes de la física clásica no encajan. Así, esta rama de la física se centra en el estudio de los sucesos que tienen lugar en el átomo, su núcleo y en las partículas subatómicas.
• Física nuclear: Esta rama de la física centra su estudio en las propiedades, comportamiento e interacciones que realizan entre ellos los núcleos atómicos.
• Física atómica: Similar a la nuclear, esta rama de la física analiza las propiedades y el comportamiento de los átomos, centrándose especialmente en las interacciones de la materia tanto con otra materia como con la luz.
• Física relativa: Esta rama de la física se basa en la Teoría de la Relatividad de Einstein, la cual explica que nada en el Universo tiene una velocidad ni una posición que pueda catalogarse como “absoluta”. La luz es el único elemento de la naturaleza que no depende de quien lo observa, pues siempre es constante. La física relativa toma como punto de partida esta idea y analiza los movimientos de los cuerpos de acuerdo a la relación que se establece entre el espacio y el tiempo, siempre tomando en consideración que la luz es la única constante del Universo.
• Mecánica estadística: Esta rama de la física se encarga de deducir el comportamiento de las partículas en el espacio mediante el uso de sistemas matemáticos y modelos de probabilidad con la finalidad de ligar el comportamiento microscópico con el macroscópico.
• Física molecular: Es la disciplina de la física que estudia las propiedades de las moléculas, centrándose en la naturaleza de los enlaces químicos que se establecen entre los átomos de estas moléculas.

3. Física contemporánea

Los estudios relativos a la física moderna todavía continúan pues quedan muchas incógnitas pendientes de ser relevadas. Sin embargo, actualmente la física está expandiendo sus límites y está estudiando fenómenos mucho más complejos, por lo que hay que hacer mención a la física contemporánea.

Estos son los ámbitos de estudio de la física contemporánea:

• Termodinámica fuera del equilibrio: Hasta el día de hoy, los estudios de la física moderna se hacían considerando que los procesos ocurrían en lo que se conoce como equilibrio termodinámico, es decir, que los sistemas no sufrían cambios ni alteraciones independientemente de las condiciones del entorno. Con esta rama de la física se está ya trabajando con fenómenos que ocurren fuera de este equilibrio.
• Dinámica no lineal: Esta rama de la física estudia el comportamiento de los objetos tomando en consideración muchos más parámetros, haciendo que su estudio sea extremadamente complejo. Está relacionada con la Teoría del Caos, que explica que los sistemas físicos son muy sensibles a pequeñas variaciones en las condiciones en las que se encuentran.

Ramas de la Física según su objeto de estudio

Habiendo repasado las ramas de la física según el momento de la historia en la que surgieron, también podemos hacer una clasificación según su objeto de estudio.

La clasificación que proponemos es la de ordenar estas ramas en función del tamaño de aquello que estudian. Ordenadas por orden decreciente del tamaño de su objeto de estudio, tenemos las siguientes.

1. Cosmología

La cosmología es la rama de la física que abarca el ámbito de estudio más grande. De hecho, lo es tanto que no hay nada más grande, al menos que conozcamos por el momento.

La cosmología se encarga de estudiar el Universo en todo su conjunto, analizando e intentando descubrir cuestiones acerca de su origen y evolución, así como las leyes generales que rigen su comportamiento.

2. Astrofísica

La astrofísica es la disciplina de la física aplicada a la astronomía que se encarga de estudiar el movimiento, estructura, composición y evolución de los cuerpos celestes. Plantea leyes que permiten explicar la naturaleza de objetos tales como estrellas, cometas, planetas y otros objetos del Cosmos.

3. Geofísica

La geofísica es la disciplina que se encarga de estudiar la Tierra desde una perspectiva física: fenómenos relacionados con su estructura, condiciones y propiedades físicas y su evolución, intentando explicar la historia de nuestro hogar mediante leyes propias de la física.

4. Biofísica

La biofísica es la disciplina que aplica principios y métodos pertenecientes a la mecánica para explicar sucesos biológicos que tienen lugar en el interior de los seres vivos.

Esta disciplina permite entonces dar explicación a las propiedades biológicas mediante planteamientos puramente físicos.

5. Física atómica

Como se ha mencionado anteriormente, la física atómica centra su estudio en conocer las propiedades de los átomos, centrándose especialmente en las relaciones que se establecen entre ellos y también con la luz.

6. Física nuclear

La física nuclear es una disciplina similar a la atómica pero que se focaliza en una porción de los átomos: su núcleo. Esta rama de la física estudia las interacciones que existen entre los núcleos de distintos átomos, intentando descifrar también las leyes que rigen el comportamiento de estos.

7. Fotónica

La fotónica es la rama de la física que se encarga de estudiar la naturaleza de los fotones, clarificando así nuestros conocimientos acerca de la luz. No solo se limita a la luz visible, sino que estudia otras porciones del espectro para encontrar así aplicaciones de estas.

8. Física de partículas

La física de partículas es una rama que forma parte de la conocida como física teórica. Estudia las estructuras más pequeñas del Universo, y de hecho lo son tanto que la existencia de muchas de ellas todavía no ha podido ser confirmada de forma experimental.

Esta disciplina es la base para conocer la naturaleza más primitiva de nuestro Universo, descifrando así los pilares sobre los que se sostienen todas las otras leyes físicas.