Investigación Física. FÍS.

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Física

Sus objetivos. La i. física intenta ampliar nuestro conocimiento del universo físico, entendiendo por tal aquel que es, o puede ser, cognoscible por los sentidos o por la extensión de los mismos que constituyen los instrumentos de observación (telescopios, microscopios, oscilógrafos, etc.).

Sin embargo, el conocimiento del mundo físico que intenta obtener la i. no consiste sólo en la acumulación y descubrimiento de nuevos hechos, sino, fundamentalmente, relacionarlos entre sí y atribuirlos a causas comunes que, a su vez, exigen o piden nuevas causas más generales. El problema de que esto se pueda realizar en su totalidad corresponde a la Teoría del conocimiento físico, situada en el campo de la Filosofía, pero la postura actual del investigador físico puede resumirse aproximadamente en estas palabras de Alberto Einstein en el epílogo de su libro La Física, aventura del pensamiento: "A través de todos nuestros esfuerzos, en cada una de las dramáticas luchas entre las concepciones viejas y las nuevas, se reconoce el eterno anhelo de comprender, la creencia siempre firme en la armonía del mundo, creencia continuamente fortalecida por el encuentro de obstáculos siempre crecientes hacia su comprensión".

Los modelos físicos. Con todo, la Física (v.), ciencia experimental, opera únicamente sobre observables. Observa fenómenos naturales o provocados (experimentos), entre los cuales introduce un instrumento de medida o de observación (ojo, placa fotográfica), y dispone las cosas de manera que una de las partes del fenómeno sea precisamente la modificación o movimiento del instrumento de medida. Y los datos de que dispone para descubrir el fenómeno son únicamente aquella observación que proporciona el instrumento. Basándose en estos datos, que generalmente intenta expresar en forma numérica (v. MEDIDA, PRINCIPIOS DE LA), describe el mundo físico. Naturalmente, el físico no puede describir todo el fenómeno, porque no lo conoce, ni lo ha estudiado; lo que hace es construirse en su mente un modelo del mundo físico, tal que, de aplicarle los instrumentos de medida que se aplican en la realidad, produciría las mismas medidas que se producen en ésta. El hecho de haber traducido los fenómenos a números le permite aplicar el poderoso instrumento del razonamiento matemático al estudio de las posibles relaciones entre los fenómenos y para deducir fenómenos o experimentos nuevos, los cuales, a su vez, observa como resultado de una medida.

En resumen, el físico utiliza medidas a fin de construir modelos que le sirven para predecir nuevas medidas. En esta situación ha habido escuelas de Física (la de Heisenberg, p. ej.) que han intentado prescindir totalmente del modelo del mundo físico; han intentado renunciar a comprender cómo es y cómo está hecho, afirmando, prácticamente, que ésta es una cuestión sin sentido.

Sin embargo -y las palabras anteriores de Einstein lo expresan bien-, conseguir este modelo del mundo físico es una apetencia natural del espíritu humano. Naturalmente, la construcción de este modelo tropieza cada vez con mayores dificultades, al extenderse los límites de la Física. Esto se debe a que los únicos conceptos físicos que el hombre tiene bien aprehendidos por su experiencia de cada día son los del espacio euclídeo y del tiempo (v.) a su escala, y, por tanto, los modelos que es capaz de construir generalmente, son mecánicos, de movimiento, de partículas y de ondas. Hay mucha evidencia en el hecho de que en regiones que escapan a las condiciones normales en que vive el hombre -en espacios grandísimos y en espacios pequeñísimos, en tiempos larguísimos y en tiempos cortísimos- la estructura del espacio y del tiempo no coincide con la que nosotros "palpamos" con nuestra experiencia. De ahí la dificultad -pero no la imposibilidad- para imaginarse modelos acerca de fenómenos que se producen en escalas espaciales o temporales distintas de la nuestra.

Como consecuencia de esta descripción del mundo físico por modelos, no por realidades (puesto que este último es un término no filosófico, en cuyo concepto no entra el físico, como tal), la concepción del mundo físico está cambiando continuamente: en cuanto una medida predicha por el modelo actual no se realiza, en cuanto un observable no aparece, en cuanto la aguja de medida de un instrumento -que es lo único con lo que eJ físico opera- no se desvía como debiera, se hace necesario cambiar el modelo.

Los métodos. Se atribuye generalmente a Galileo el mérito de la puesta en marcha de la Física como ciencia experimental. Los métodos de operación de esta ciencia -y, en general, de todas las experimentales- son la inducción y la deducción.

La observación de un cierto número de fenómenos aislados permite encontrar algo que todos tienen de común, y elevar este algo a ley general del mundo físico, o principio, como se suele llamar normalmente, suponiendo que si se verifica en los casos observados, se verificará en todos los demás. Sobre estos principios indemostrables, puesto que únicamente constituyen un resumen de la experiencia, se construye la Física. Aplicando a ellos el razonamiento lógico o matemático se pueden deducir consecuencias para casos particulares, que sometidos a contraste experimental dan lugar a nuevas medidas las cuales, o bien confirman las predicciones, en cuyo caso el principio queda fortalecido por nueva experiencia, o bien discrepan de ellas, desechándose entonces el principio para sustituirlo por otro.

Muchos principios de Física que parecían firmemente establecidos por la experiencia se han desechado luego al comprobarse que eran falsos. Cuando esto ocurre, naturalmente, no se trata de que la Física estuviera afirmando o tomando como ciertas cosas falsas, sino, simplemente, de que se ha ampliado nuestro punto de vista o nuestra zona de observación. Así, p. ej., un principio firmemente establecido hasta hace cincuenta años era el de la constancia de la masa de los cuerpos. En cierto momento se demostró que esto era falso, y que la masa variaba de unas condiciones a otras, dependiendo de la velocidad del cuerpo, según la ley

m=mof -az/C2)uz

donde m es la masa del cuerpo, mo la masa en reposo, v su velocidad y c la velocidad de la luz. Hasta entonces nadie había experimentado con velocidades próximas a la de la luz, y en la zona de velocidades pequeñas, la masa sí se puede suponer constante. Al ampliar el campo de observación se concluye que la ley antigua no era más que una aproximación de la ley general en una parcela particular de casos.

Sin embargo, esta ley nueva, aunque no viene a destruir la ley antigua -que puede seguir aplicándose en su campo de validez-, sino a transformarla, modifica, en general, nuestro concepto del mundo físico de un modo sustancial.

Una característica importante de la i. física es que intenta -con la convicción de que puede conseguirloreducir continuamente el número de principios indemostrables. Es decir, en presencia de diversas series de fenómenos que en apariencia no tienen relación unas con otras, postula los principios por los que opera cada una de ellas; pero en cierto momento es capaz de conseguir que los principios que resumen la experiencia de dos o más series de fenómenos sean lógicamente demostrables a partir de un principio más general, y único para todas ellas. Esto ha ocurrido muchas veces en la historia de la Física, y a esto se refiere Einstein cuando habla de la "creencia siempre firme en la armonía del mundo".

Etapas importantes. Nos limitaremos a señalar los descubrimientos culminantes en la historia de la Física que han contribuido a establecer y modificar nuestro concepto del mundo físico.

La nueva Dinámica (v.), iniciada con Galileo (v.) en 1638, alcanza su culminación con Newton (v.), cuya obra, publicada en 1687, constituye todavía hoy, con ciertas modificaciones, la base de nuestra Mecánica clásica. Durante los s. xvnl y xcx, la Física está dominada por una concepción mecanicista cuyo desarrollo se apoya en la obra de Newton. La óptica, la Termología y la Electricidad constituyen, junto con la Mecánica, las partes clásicas de la Física y se intenta interpretar todos los fenómenos con la Mecánica de partículas y ondas. Hacia 1850 se conoce la naturaleza ondulatoria de la luz, se tiene un concepto claro del calor, se ha desarrollado la noción de entropía (v.) y de degradación de la energía y se ha establecido el electromagnetismo (v.).

La publicación de la obra de Maxwell (1864) constituye otro momento tan crucial como el de la publicación de la obra de Newton; en aquélla se afirma la posibilidad de existencia de ondas electromagnéticas, entre las que se encontraría la luz visible, sin necesidad de un medio material interpuesto, y empieza a cobrar importancia, dentro de la Física, el concepto de campo (v. CAMPOS, TEORÍA DE), asiento de energía, sobre el de materia (v.), asiento de masa inerte.

Esta segunda mitad del s. xix supone la etapa cumbre de la concepción mecanicista del mundo físico y el comienzo de su declive. Su importancia histórica supera a lo que puede representar el conjunto de hechos descubiertos; es su posición filosófica lo que más importa. Los físicos están convencidos de que todo está hecho: su modelo mecánico del Universo es una realidad; sus leyes son las leyes de la Naturaleza; el pasado y el futuro están ligados por reglas inmutables, y se pueden conocer si se dispone de los hechos actuales y de capacidad de cálculo suficiente: es el momento cumbre del determinismo en Física.

Hacia 1900 este esquema se derrumba. El experimento de Michelson (v. óPTICA I, 2) y el problema de las transformaciones de Lorentz en electromagnetismo, dan lugar a la teoría de la relatividad (v.) restringida de Einstein (1905) que anula la relatividad de Galileo y las concepciones básicas de la Mecánica clásica. Al mismo tiempo se descubre la naturaleza interna del átomo con los experimentos de Rutherford (1912), y en 1905 Plack introduce el concepto de cuanto (v.) de acción, que Einstein aplica al efecto fotoeléctrico (1905) y Bohr a explicar la estructura del átomo (1912). De Broglie plantea el problema de la dualidad onda-corpúsculo (1920) y Heisenberg (1925; v.) establece el principio de indeterminación.

Hoy la postura conceptual ante los problemas del mundo físico es completamente distinta a la de principios de siglo. Se reconocen generalmente dos hechos:

1°) Que el intento de conocimiento científico del mundo es un problema inacabable. Que se trata de una carrera sin fin, en la que cada vez adelantamos más en el camino de la verdad absoluta e infinita, pero de la que siempre estaremos infinitamente lejos. Que cada problema resuelto no será la solución definitiva, sino, fundamentalmente, un semillero de nuevos problemas.

2°) Que rige el principio de indeterminación de Heisenberg. Este principio tiene dos facetas: una filosófica, general, y otra de índole puramente física, que, como todos los demás principios físicos, puede ser destruida en cualquier momento por un experimento que la contradiga.

La parte general del principio afirma que el hombre no puede conocer un fenómeno físico, sino solamente el observable a que da lugar; que este observable es el resultado de la interacción del fenómeno en sí con el mecanismo de observación, y que, por tanto, dicho fenómeno nunca podrá ser conocido con precisión, sino sólo como es después de la perturbación producida por la observación. Y que, por muy delicados que sean nuestros métodos de observación, siempre habrá unos fenómenos de los cuales sabremos su existencia, pero cuya forma exacta nos será inalcanzable. Por tanto, nunca podremos tener un conocimiento completo de los fenómenos del mundo físico.

La parte física del principio estipula que el límite actual de nuestra capacidad de observación, la magnitud mínima que necesitamos para poder observar un fenómeno, es el cuanto de acción de Planck, h, y que la indeterminación que tenemos en la observación de los fenómenos es del orden de magnitud de esa cantidad.

Quizá algún día, cuando se conozca algo más sobre esa entidad a la que llamamos h, se puedan observar fenómenos con magnitud inferiores al cuanto de acción, y entonces se podrá profundizar más en el conocimiento de las partículas subatómicas; pero siempre existirá ese límite, en el que estemos observando con la magnitud mínima, y en el que sabremos cualitativamente que existen fenómenos cuyo valor cuantitativo no seamos capaces de determinar.

V. t.: ÁTOMO II, 2; MECÁNICA IV, 2; Luz; CUANTOS.

J. GONZÁLEZ IBEAS.

BIBL.: A. EINSTEIN y L. INFELD, La Física, aventura del pensamiento, Buenos Aires 1945; D. PAPP, Historia de la Física, Madrid 1945; L. DE BROGLIE, Materia y luz, Buenos Aires 1945; G. HOLTON, Introduction to Concepts and Theories in Physical Science, Cambridge (USA) 1952; W. BRAUNBEK, El drama fascinante de la investigación nuclear, Barcelona 1957.