Materia II. Física FÍS.

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Física

1. SÍNTESIS GENERAL (La materia y sus propiedades en la ciencia experimental). El mundo material o universo sensible, es decir, la realidad que directamente captan los sentidos, es el objeto de estudio de las ciencias naturales, también llamadas ciencias experimentales o positivas (V. CIENCIA Ii). Los sentidos (v.), y todos los instrumentos que puedan prolongar su poder, desde la balanza de mayor precisión hasta el microscopio electrónico o el más sensible oscilógrafo, no captan la esencia o realidad de las cosas en sí, sino sólo sus manifestaciones, los llamados fenómenos (v.); los fenómenos materiales (V. FENÓMENO FÍSICO Y FENÓMENO QUÍMICO) impresionan o modifican los sentidos, produciéndose entonces la sensación (v.) a partir de la que el entendimiento (v.) llega a las diversas clases y niveles de conocimiento (v.). Los métodos experimentales o positivos suponen siempre medir (v. MEDIDA), o poder medir, aquello que se estudia, por eso utilizan siempre de forma directa los sentidos, y de ahí que su conocimiento directo permanezca siempre en el mundo de lo material (V. METODOLOGÍA CIENTÍFICA)

Por tanto, es claro que la m. que estudian y de que hablan la Física y la Química es la m. ya existente y constituida y, por tanto, de alguna manera ya conformada; es la m. que ya está en los cuerpos y que es capaz de impresionar los sentidos, de producir sensaciones. Esta m. física no es la que los filósofos suelen llamar materia prima (v.I), sustancia potencial e incompleta, sino que es m. ya completa (en el sentido de estar ya compuesta de la m. prima y de al menos una primera forma sustancial), o sea, es m. activa que ya tiene algunas determinaciones y, por tanto, se le puede llamar ya sustancia corpórea, aunque en la realidad se da completada por formas accidentales. Así, el hierro, el carbono, cte., e igualmente un electrón, un protón, u otra partícula cualquiera de un átomo, son todas materias segundas=materias físicas, que en la realidad se dan con un peso, forma, y otras propiedades determinadas en cada caso. A partir de ahora al hablar de m. nos referiremos aquí a esta m. física (m. segunda, m. tercera, o sustancia corpórea)

Fenómenos físicos, químicos y biológicos. A una primera impresión de los sentidos la m. aparece como algo extenso e impenetrable, capaz de recibir toda clase de formas; y que se presenta en tres estados fundamentales de agregación: sólido, líquido, gaseoso (v. ESTADOS DE LA MATERIA). Se observa también fácilmente que la m. puede pasar de un estado a otro variando las condiciones de temperatura y presión, o también por otras causas (como combustión, corrupción, cte.); es decir, se dan en la m. dos clases de fenómenos distintos para la simple observación: 1) fenómenos físicos, en los que se producen cambios que parecen extrínsecos a la m., o al menos que no suponen en ella un cambio sustancial (movimiento, compresión, expansión, licuefacción, cte.); 2) fenómenos químicos que mudan o cambian la naturaleza intrínseca de la m. (combustión, reacción, explosión, cte.), apareciendo después de ellos unos materiales distintos de los que se partió

A éstos hay que añadir otro tipo de fenómenos, distintos de un simple cambio de estado o de constitución de la m., y que suponen un continuo movimiento, o, mejor, automovimiento, con generación de "nueva" m. y corrupción de m. "vieja": son los fenómenos biológicos, propios de la llamada m. viva (la palabra vida, y vivir, tiene varios sentidos; señalemos aquí únicamente que la vida material, biológica, y la vida espiritual son distintas no sólo en grado sino en esencia)

Durante mucho tiempo se pensó que la Física (v.) y la Química (v.) eran ciencias distintas porque estudiaban cosas distintas: los fenómenos físicos, los realizados sin cambiar la m., y los fenómenos químicos en los que se da una transformación de la m. Así la Física era el estudio de la Mecánica (movimiento, equilibrio, elasticidad, cte.), el calor (temperatura, dilatación, congelación, cte.), la óptica (reflexión, refracción, cte.), la Electricidad (cargas, corrientes, cte.), y el Magnetismo (imanación, atracción y repulsión, cte.); y la Química era el estudio de las distintas sustancias materiales existentes y de sus posibles combinaciones y transformaciones, en dos grandes partes: la Química inorgánica, dedicada a la m. inorgánica, es decir, la que generalmente no se encuentra en los seres vivos, y la Química orgánica, dedicada a la m. orgánica, y sus transformaciones, llamando así a la que se encuentra en la constitución de los seres vivos. Por su parte, la Biología (v.) siempre ha estudiado los fenómenos de la m. en un ser vivo: alimentación, crecimiento, reproducción, corrupción, con sus características físicas y químicas peculiares. Quedan aparte los fenómenos de la vida consciente, es decir, espiritual, como el conocimiento (v.) y el amor (v.), que son inmateriales, y en los que se da la "autoposesión", específicamente distinta y más fecunda que la "automoción" propia de la vida material (V. VIDA; ALMA; ESPÍRITU; LIBERTAD; RESPONSABILIDAD)

El proceso de unificación de los fenómenos físicos y químicos. Por lo que atañe a la Física, pronto se descubrió que electricidad (v.) y magnetismo (v.) eran fenómenos físicos siempre unidos y que se derivaban uno del otro; se llegó así a la unificación del estudio de ambos fenómenos, a primera impresión distintos, en uno solo: el electromagnetismo (v.). Paralelamente la Química avanzaba en la catalogación de las sustancias materiales, llegándose a establecer la tabla periódica de los elementos (v.), con unos 100 en total. Esto facilitó la construcción de las teorías del átomo (v.) (se pensaba inicialmente que cada elemento estaría compuesto por distintas combinaciones de átomos de hidrógeno, que es el elemento más simple)

Por su parte, los fenómenos de la Mecánica (v.) quedaron resumidos en las ecuaciones de Hamilton-Jacobi (v. ENERGÍA I), que engloban o generalizan en una sola ley losMATERIA IIprincipios de inercia, de gravitación, y de acción y reacción (o conservación de la energía). A su vez, las leyes del calor (v.) pueden llegar a deducirse de las leyes mecánicas: por cálculo estadístico y admitida la composición atómica de la materia, el calor, y sus efectos (dilatación, compresión, evaporación, congelación, etc.), son resultado de las velocidades de las partículas, de los choques entre éstas, etc. Queda así constituida la termodinámica (v.), estudio de los fenómenos caloríficos, como una parte o capítulo de la Mecánica en el que se aplican las teorías estadísticas y cálculo de probabilidades al número de partículas y sus velocidades

De las ecuaciones del electromagnetismo (V. ECUACIONES DE MAXWELL), que resumen y engloban todas las leyes de la electricidad y del magnetismo, se pueden deducir también las leyes de los fenómenos ópticos. Construidas ya las teorías del átomo, y después las de los "cuantos" (v.), se puede dar una explicación (electrodinámica cuántica) unitaria de los fenómenos luminosos (bien en su aspecto electromagnético, bien en su aspecto geométrico: óptica ondulatoria y óptica geométrica). En definitiva, el estudio de la luz (v.) y de la óptica (v.) pasó, ya desde la segunda mitad del s. XIX, a ser un capítulo, una parte, del electromagnetismo (aunque en la práctica, la mayoría de las veces se utilizan las leyes y ecuaciones de la óptica clásica, por su más fácil manejo). Para los datos históricos, de los pasos que aquí sólo se han esbozado pueden verse más detalles en el art. FíSICA; V. t. los artículos a los que vamos remitiendo

Resulta así que los dos campos de estudio iniciales sobre la m., los de la Física y los de la Química, se han unido. Admitida la composición atómica de la m., y la estructura del átomo como un núcleo de partículas con cargas eléctricas positivas rodeado de cargas negativas (electrones) que se mueven a su alrededor en diferentes orbitales, resulta que todo lo que se llamaban propiedades químicas de una sustancia material (color, sabor, estado a la temperatura y presión ordinaria, disolubilidad, estabilidad, capacidad de reacción con otras m., etc.) no son más que consecuencia de las propiedades físicas de sus átomos (dureza, elasticidad, transparencia, conductividad..., en el fondo: número de cargas, fuerzas de cohesión entre ellas, etc.; v. infra: 11, 2). Así, pues, las leyes de la Química pueden derivarse de las de la Física; es decir, en el fondo no se trata de dos ciencias, sino de una sola, ya que todos los fenómenos de la m. se deben en su raíz a las mismas leyes: las leyes electromagnéticas y las leyes mecánicas y termodinámicas

Dicho de otra forma, todos los fenómenos observables en la m. son debidos a las diferentes fuerzas o interacciones que se dan entre las partículas; interacciones que pueden ser de dos clases: gravitatorias y electromagnéticas. Por tanto, para el análisis, medición y explicación de todas las propiedades físico-químicas de la m. hay que contar con dos fundamentales: la masa y la carga; a partir de ellas, y de medidas de espacios y tiempos, pueden deducirse las demás. Las masas son las responsables de los fenómenos de atracción gravitatoria (ley de Newton), mecánicos y termodinámicos; las cargas lo son de los fenómenos de atracción o repulsión eléctrica o magnética (ley de Coulomb), electrodinámicos y ópticos. Hasta ahora los intentos de deducir los fenómenos electromagnéticos a partir de los gravitatorios, o viceversa, no han conseguido resultados satisfactorios

Los fenómenos biológicos y químicos. La m. de que están compuestos los seres vivos está constituida por las mismas partículas elementales y Loor los mismos elementos químicos que el resto de los cuerpos; únicamente ocurre que en la m. viva se dan de forma especial y abundante unos 10 elementos (fundamentalmente carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, con azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio y hierro; y otros 10 en cantidades mínimas); precisamente el conjunto de compuestos y sustancias que se encuentran en la m. viva por combinaciones de estos elementos es la m. orgánica, cuyo estudio es la Química orgánica. Se pensó, durante mucho tiempo, que la Química inorgánica y la orgánica eran independientes y específicamente distintas; pero al lograrse la síntesis de m. orgánicas en el laboratorio a partir de sus elementos simples, se borró la distancia entre ambas. La Química orgánica e inorgánica si se consideran a veces como distintas es ya por puras razones pedagógicas o didácticas, en cuanto que la Química del carbono y sus compuestos (V. QUÍMICA ORGÁNICA) es tan compleja y extensa como la Química de todos los demás elementos (V. QUÍMICA INORGÁNICA)

Pero no se ha logrado sintetizar m. viva, es decir, no se ha logrado producir en el laboratorio una sola célula (v.) con vida a partir de sus compuestos elementales. Desde que Wóhler (en 1828) sintetizó la urea, que fue la primera m. orgánica producida en laboratorio, lo más que se ha logrado es sintetizar algunas de las materias o compuestos químicos que se encuentran en la célula (p. ej., v. OCHOA, SEVERO), o algún virus (V.), m. orgánica que no tiene vida propia en sentido estricto. Pero nunca se ha conseguido una célula viva, una mínima cantidad de m. con capacidad de vida propia (automoción y reproducción, con alimentación), ni a partir de m. inorgánica, ni a partir de m. orgánica (que es la que se ha empleado para las síntesis orgánicas que acaban de mencionarse)

En los fenómenos biológicos hay, pues, factores originantes de la vida que no han podido reducirse o explicarse sólo por medio de las masas y cargas de la m. orgánica. Toda m., cualquier clase de m. o todo sistema material, tiene en sí mismo masa o masas y carga o cargas (aun cuando pueda aparecer eléctricamente neutro, p. ej., una piedra, o un trozo de cristal; simplemente, entonces, sus cargas están en equilibrio, se contrarrestan mutuamente, y no se manifiestan a la simple observación). Pero, en cambio, no toda m. es viva; más todavía, no toda m. tiene en sí misma la posibilidad de la vida; es decir, así como puede conseguirse que una piedra, p. ej., sometiéndola a una serie de procesos químicos y físicos, llegue a liberar cargas y aparecer activa eléctricamente, no se puede conseguir que llegue a aparecer viva biológicamente. Aunque en los fenómenos biológicos se dan una serie de procesos físico-químicos, hay en ellos algo más (además de las cargas y masas) que los mueve y orienta hacia la trasmisión de la vida, la generación, o la corrupción: ese algo más se podría resumir con una palabra: finalidad; hay en los procesos biológicos una finalidad, una orientación, que no proviene sólo de las acciones de las cargas y masas

Lo que se acaba de decir no prejuzga el que se pueda o no llegar a sintetizar o producir, en el laboratorio, alguna clase de m. viva, algún tipo de células, partiendo de m. orgánicas o inorgánicas. Hasta ahora esto sólo sucede en relatos y literatura de ciencia-ficción; pero si llegará o no a suceder en la realidad es cuestión discutidísima todavía. En todo caso, aparece claro que, para que se produzca o se pueda explicar el fenómeno biológico, no bastan las masas y las cargas; la m. viva, aunque tiene una más compleja y peculiar estructura organizada de partículas con diversas masas y cargas, y con interacciones y conexiones intrincadas, resulta ser algo más que eso: es eso y algo más. (La vida consciente, o espiritual, en cambio, puede decirse que no es la vida biológica y algo más, sino que es esencialmente distinta)

Las propiedades fundamentales de la materia. La distinción clásica entre Física (v.) y Química (v.), si se conserva, no es por las razones originarias (los fenómenos físicos y los fenómenos químicos no son ya específicamente distintos, puesto que se deducen unos de otros); ambas estudian la m. aplicando las mismas leyes (cuando lo hacen en profundidad, a partir de las estructuras atómicas y nucleares de las partículas elementales): las leyes gravitatorias y termodinámicas por una parte y las electromagnéticas por otra (de estas leyes físicas se deducen todas las leyes de la Física y de la Química). La distinción entre Física y Química es hoy más bien didáctica; la Física clásica estudia la m. y sus fenómenos y leyes desde el punto de vista funcional (función que desempeñan) y la Química estudia lo mismo, pero desde el punto de vista estructural (las estructuras atómicas y moleculares en las que aparece constituida y formada la m.); pero ambos saberes no son específicamente distintos, ya que dependen de las mismas leyes. Son más específicamente distintos los fenómenos gravitatorios de los fenómenos electromagnéticos, que los clásicamente llamados fenómenos físicos y químicos (v.)

Por tanto, no tiene mucho sentido hablar de propiedades físicas, químicas y biológicas de la m. (aunque en una primera aproximación pueda hacerse). La realidad es que los campos de investigación y estudio experimental de la m., que al mismo tiempo señalan sus propiedades esenciales o fundamentales en el nivel experimental, son tres: los fenómenos gravitatorios (en los que aparece la masa), los fenómenos electromagnéticos (en los que aparece la carga) y los fenómenos biológicos (en los que aparece la vida). Ahora bien, así como toda m. tiene masa y carga (al menos latentes, en potencia), no toda m. tiene vida (ni siquiera latente)

A esto hay que añadir que tanto los fenómenos gravitatorios como los electromagnéticos y los biológicos se desarrollan en el espacio (v.) y en el tiempo (v.); la extensión y la temporalidad son propiedades de la m. que aparecen en las tres clases de fenómenos

En base a esto puede hacerse una clasificación tripartita de las ciencias en: ciencias de la materia (ciencias físico-químicas), ciencias de la vida (ciencias biológicas) y ciencias del espíritu (ciencias humanas o filosóficas). Sería ésta una división por los objetos; cada uno de estos grupos de ciencias se ocuparía directamente de un objeto irreductible a los de los otros. A su vez, en cada grupo podría distinguirse entre las ciencias teóricas y las ciencias prácticas respectivas; nuevas subdivisiones surgirían según los métodos empleados, etc. (V. CIENCIA VII)

Masas y cargas. Los fenómenos gravitatorios son los de atracción entre los cuerpos materiales, expresados por la fórmula de Newton:g .g

f=k. , rdonde g y g’ son las llamadas masas gravitatorias de los dos cuerpos que se atraen con una fuerza f cuando están a una distancia r entre sí (k es una constante de proporcionalidad) (V. GRAVITACIÓN). Cuando se trata de un solo cuerpo material, no sometido a la acción gravitatoria de ningún otro cuerpo ni a ninguna otra fuerza se dice que dicho cuerpo está en estado de inercia (v.): el cuerpocontinúa en reposo o en estado de movimiento umtorme (velocidad constante). Pero si en este estado se le aplica una fuerza (p. ej., un empujón, J), tendremos que el cuerpo experimentará una variación de su velocidad (que representamos por dv); entonces la ley de la inercia consiste en quef . dt=m . dv,donde dt es el tiempo durante el que ha actuado el impulso o empujón/, y m la llamada masa de inercia. Es decir, la f es igual advm dt(o más sencillamente m?a, donde a es la aceleración, o variación de la velocidad en unidad de tiempo); o sea, la fuerza f aplicada produce una aceleración a proporcional a f, y se llama masa m a la magnitud que determina esa ’ proporción

Ahora bien, si esta f es la fuerza gravitatoria ejercida por otro cuerpo de igual masa gravitatoria que el primero (g=g’, g.g’=g z), tendríamosgzf=m.a=k. r zygzf=m,.a=k. z r(por consiguiente, m=m’). Es decir, que la masa de inercia (m) se puede deducir de la masa gravitatoria (g), siendo ambas proporcionales (de forma que dos cuerpos que tengan la misma masa gravitatoria tienen también la misma masa de inercia). Para el paso de una a otra vemos que se necesita medir distancias en el espacio (r) y aceleraciones (a) (y la aceleración es cambio de velocidad en unidad de tiempo, y la velocidad es espacio recorrido en unidad de tiempo). Tenemos, en definitiva, que para caracterizar y describir el comportamiento mecánico de la m. (movimientos, rozamientos, elasticidad, etc.) y el calorífico (considerando la m. compuesta de átomos y moléculas en movimiento de atracción y choque continuos) bastan tres propiedades: el espacio, el tiempo y la masa (de inercia o de gravitación)

Todos los fenómenos mecánicos y termodinámicos (movimientos, fuerzas, trabajo, energía, calor, frío, dilatación, presión, cambios de estado, sonido, etc.), pueden describirse, es decir, medirse y predecirse, a partir, pues, de las leyes o ecuaciones de Hamilton-lacobi (a las que se añade la estadística para el calor), que pueden siempre expresarse en función de sólo tres magnitudes: espacio, tiempo y masa. Éstas son las tres propiedades características de la m. física en el campo gravitatorio, que es el único que generalmente se aprecia, o el que predomina, en el macrocosmos. Simultáneo con el campo gravitatorio, se da en la m. el campo electromagnético, que es el que se aprecia, o predomina, en el microcosmos. Es decir, para un cuerpo grande (los océanos, un animal, la mesa...) las fuerzas gravitatorias, de atracción, son mucho mayores y más apreciables que las electromagnéticas. En cambio, en el microcosmos, dentro de un átomo. las fuerzas electromagnéticas son superiores a las gravitaciones, de forma que, en comparación a aquéllas, éstas no se aprecian

Del mismo modo que entre la masa de inercia y de gravitación podía encontrarse una proporción, una relación o paso de una a otra, también ocurre lo mismo con las fuerzas eléctricas y magnéticas, que aunque son distintas, producen efectos proporcionales, por lo que pueden deducirse unas de otras. Así, todos los fenómenos electromagnéticos (corrientes continuas y alternas, ondas, reflexión, difracción y refracción de la luz, teléfono, telégrafo, radio, TV, electrónica, etc.) pueden describirse y predecirse a partir de las leyes o ecuaciones de Maxwell, que pueden expresarse en función únicamente de tres magnitudes: carga eléctrica, espacio y tiempo

No se ha encontrado la forma de expresar o calcular la masa en función de la carga, o viceversa; y no parece que sea posible, pues sus naturalezas son cualitativamente distintas, en cuanto producen efectos notablemente desproporcionados: una pequeña masa produce una muy pequeña fuerza de atracción, mientras que una pequeña carga puede producir una gran fuerza de atracción o repulsión; los efectos son cualitativamente homogéneos, es decir, son siempre .fuerzas, aunque cuantitativamente muy distintas. Hay otra diferencia, además: las fuerzas gravitatorias son siempre de atracción, mientras que las eléctricas y magnéticas pueden ser de atracción (entre cargas de distinto signo) o de repulsión (entre cargas del mismo signo); es decir, que mientras hay una sola clase de masas, hay dos clases de cargas (unas positivas y otras negativas). De ahí que aunque masas y cargas produzcan efectos con cierta homogeneidad cualitativa (fuerzas), esta homogeneidad no es completa, y no parece fácil la deducción o cálculo de las masas a partir de las cargas o viceversa, ni siquiera en la teoría de la relatividad (v.) y de los cuantos (v.) que reduciría el electromagnetismo y la termodinámica clásica a una sola teoría: la mecánica cuántica relativista (v. MECÁNICA IV)

Teorías cuántica y relativista. Lo que se ha expuesto hasta ahora se ha hecho en base a la llamada teoría clásica de campos (que terminó de construirse a finales del s. XIX y principios del XX) (v. CAMPOS, TEORÍA DE). El concepto de energía (v.), como capacidad de realizar un trabajo físico (v.), aparece en ella estrechamente unido a la masa y a la carga; y se puede medir siempre en base a las dichas propiedades o características fundamentales de la m. (masa, carga, espacio, tiempo); p. ej., la energía (cinética) de un cuerpo de masa m moviéndose a una velocidad v será12 M. V2;análogamente, cualquier forma de energía (mecánica, calorífica, eléctrica) puede calcularse o medirse a partir de medidas de espacio, tiempo, y masa o carga

La energía, en cualquiera de sus formas (cinética, mecánica, potencial, calorífica, eléctrica, etc.), se presupone intuitivamente continua, como la m. misma. Sin embargo, para poder explicar la distribución de la energía en el espectro (v.) de un cuerpo negro, Planck (v.) en 1900 lanzó la hipótesis de los cuantos mínimos de acción o energía; es decir, la energía se intercambia o transforma siempre según múltiplos enteros de un mínimo concreto y determinado, el "cuanto de acción elemental" (que suele representarse por la letra h) (hemos empleado aquí "energía" y "acción" como palabras equivalentes; en realidad, técnicamente se llama "acción" a la "energía" por tiempo)

La hipótesis de Planck, para explicar las rayas del espectro de un cuerpo negro, resultó fecundísima en este y otros casos; extendida la cuantificación por Einstein (v.) no sólo a los valores de la energía sino a su misma radiación, se explica el efecto fotoeléctrico (v. FOTOELECTRICIDAD), quedando así los fenómenos luminosos (Y. Luz) unas veces considerados como efectos de ondas (v.) yotras como efectos de corpúsculos (v. FOTONES). Sobre todo, la teoría de los cuantos se consolida al permitir dar cierta coherencia a las teorías sobre la constitución de los átomos (v.). El que las partículas elementales (v.) dentro del átomo no pueden absorber o emitir más que cantidades determinadas de energía, múltiplos siempre del "cuanto de energía", permite dar cierta estabilidad a su distribución, y explicar numerosos fenómenos que se dan a esta escala del microcosmos. Así, pues, la "cuantificación de la energía" facilitó las teorías atómicas o "cuantificación de la materia"

De forma que a partir de la teoría de los cuantos de Planck, que Einstein hizo más general, ha llegado a elaborarse entre 1925 y 1930 toda una teoría física, con un complejo formalismo matemático obra de SchrÓdinger, Heisenberg, Pauli y Dirac, llamada Mecánica cuántica (v. MECÁNICA IV). A ella hay que unir la teoría de la relatividad (v.), generalizada a partir de 1916 por Einstein, para obtener la situación de las teorías físicas en la segunda mitad del s. xx

La teoría cuántica unida a la relativista se puede decir que vienen a constituir un posible medio para intentar englobar los fenómenos gravitatorios y electromagnéticos bajo la misma ley, es decir, una teoría de campos unificados, tratando de sustituir la "masa" y la "carga" por "cuantos de energía". Ya hemos indicado que la energía, y, por tanto, la acción, se puede medir y expresar en función de masas o cargas (y de espacios y tiempos) (es decir, la energía es una forma de manifestarse la masa y la carga). Y también hemos indicado, antes, las diferencias y semejanzas (cuantitativas y cualitativas) que hay entre los efectos o acciones de las masas y de las cargas

Las dificultades inherentes a la formulación de una ecuación única (de una única ley) que englobe ambos fenómenos no han podido superarse, aunque a veces se han entrevisto como posibles. La teoría de la relatividad más generalizada conduce a una formulación matemática válida para los dos campos, en la que su valor y alcance físicos y reales no aparecen con claridad. La formulación de una ecuación única válida para los dos campos tendría una compleja forma tensoral (v. TENSORES); pero no sería una ecuación que permita calcular la carga a partir de la masa, o viceversa; se podría aplicar a una o a otra, pero no a las dos a la vez. Existe mucha literatura de divulgación, casi siempre desenfocada, acerca del valor real de las teorías cuántica y relativista; p. ej., sobre el tema de que en ellas la materia, igual que la luz, se comporta unas veces como onda (v.) y otras como corpúsculo; algunos consideran esto incompatible, otros afirman que se ha de optar por una o por otra interpretación; otros hablan de "ondículas" como entes compuestos de onda y partícula. Hay que decir, en primer lugar, que ambas cosas no son tan contradictorias realmente, un corpúsculo o partícula puede estar asociado con una onda; y en segundo lugar y, sobre todo, a los efectos que aquí interesan, las teorías cuántica y relativista, como todas las teorías físicas, no llegan a la esencia de las cosas (en este caso a la materia prima), sino a su comportamiento y a sus propiedades generales cara a la percepción de los sentidos (v. TEORÍA CIENTíFICA)

Estas propiedades generales o fundamentales de la m., que se dan en toda clase de m., a la vista de los resultados de las teorías cuántica y relativista (Física nueva) siguen siendo: espacialidad, temporalidad, masa y carga (el intento de sustituir masa y carga por la más genérica de energía no es del todo posible o claro, como hemos dicho). Además, y esto es lo específico de esas teorías:1) son propiedades que se dan, todas, de manera "cuantificada" o discreta, no continua; y 2) están relacionadas entre sí de forma que al determinar (medir) con precisión alguno de los elementos o propiedades de una partícula (p. ej., su cantidad de movimiento m - v) no se pueden ya calcular con precisión otras (p. ej., su posición en el espacio), y viceversa (principio de indeterminación, V. ÁTOMO 11, 2). Hay que notar que este indeterminismo es "relativo" y "cuantificado"; es decir, no dice nada de lo que ocurre realmente en las partículas materiales, no dice si actúan según un azar o un determinismo (v.), sino sólo expresa que son indeterminadas nuestras medidas de lo que ocurre, y además dentro de unos límites (los de la constante h). Veánse más detalles en DETERMINISMO III. Y siempre, cualquier propiedad de la m. que pueda considerarse (p. ej., dureza, transparencia, color, temperatura, etc.) se puede reducir a alguna combinación de las mencionadas propiedades generales

Masa, carga y energía. Aquí suele producirse un equívoco en el lenguaje de los científicos, al utilizar el aparato matemático de la teoría de los cuantos y de la relatividad; es el equívoco de que la "materia se transforma en energía" o viceversa. En primer lugar, no se trata de la materia, sino de la masa; es decir, lo que la conocida fórmulae=m.czexpresaría en todo caso es que "la masa se transforma en energía", siendo ambas (masa y energía) propiedades de la materia; y tampoco eso es exacto. Equivaldría a decir que la velocidad v se transforma en espacio s, ya ques=v.t;o que la fuerza f se transforma en aceleración a, ya que f=m.a;la realidad es que con velocidad se recorre un espacio, y que una fuerza produce una aceleración; pero velocidad no es espacio ni se transforma en él, como fuerza tampoco es aceleración ni se "transforma" en ella

Ya hemos dicho que con las cuatro características físicas fundamentales de la m. (masa, carga, extensión y temporalidad) se pueden explicar todos los fenómenos de la m. (excepto los de la vida). Por consiguiente, la acción, fuerza, impulsos, energías, etc., pueden expresarse, es decir, calcularse y medirse, en función de masas (o cargas) y de espacios y tiempos (o sus combinaciones: velocidad, aceleración, etc.). La ecuacióne=m.c2,deducida dentro de la mecánica relativista, indica la energía liberada e cuando se desintegra una materia de masa m (c es una constante: la velocidad de la luz). Es decir, se trata también de una medición de energía en función de la masa y de espacios y tiempos (c es velocidad, espacio recorrido en la unidad de tiempo); medición que se aproxima bastante, aunque no coincide exactamente, con las mediciones experimentales (explosiones nucleares)

Por otra parte, con la desintegración de la m. se tendrá evidentemente una desintegración de la masa; pero desintegración (p. ej., la de una explosión nuclear) no quiere decir aniquilación o desaparición, sino fragmentación y dispersión en gran número de partículas y a gran velocidad, lo que va acompañado de una gran liberación de energía (V. FISIÓN NUCLEAR; REACTORES NUCLEARES)

No está comprobado, pues, que la masa "se transforme" en energía. El español Julio Palacios (v.) señaló estos equívocos. Si pudiese realizarse una desintegración de un núcleo en un recinto cerrado, sin que llegasen ni saliesen radiaciones de ningún tipo, pesando el recinto antes y después de la desintegración, la masa total sería la misma. O: "por violentos que sean los procesos en un reactor nuclear, su masa total, la que se mediría con una báscula, permanece inalterada si se impide la salida de radiaciones, ya que la masa que pierden los núcleos atómicos es la que llevan consigo las radiaciones emitidas" (J. Palacios, Tercera Reunión..., o. c. bibl. 1,184)

Es decir, siguen siendo válidos los clásicos axiomas de la Física y Química: "La energía ni se crea ni se destruye, solamente se transforma", y su equivalente: "la materia ni se crea ni se destruye, solamente se transforma" (Dalton) (una reacción química, p. ej., una combustión de papel, realizada en un recinto cerrado, no hace alterar el peso total del recinto, como puede comprobarse fácilmente); este segundo principio, el de Dalton, está mejor expresado diciendo que se consetova la masa, que es lo directamente experimentable y medible. De ambos se deduce que la materia se conserva, pero no que ésta sea la suma de masa y energía; como tampoco se deduce de la ecuacióne=m.cz

Algunos autores consideran, sin embargo, que lo que se conserva es la suma de masa más energía (p. ej., en esta misma Enciclopedia el autor del art. ENERGíA 1, 2, prof. J. Catalá); otros interpretan que lo que se conserva siempre es la energía total, no la masa, ya que ésta varía con la velocidad (p. ej., Landau-Lifshitz, o. c. bibl., vol. 2, 32); pero, como hemos señalado, esas afirmaciones más que deducirse de la mencionada fórmula son, sencillamente, equívocos terminológicos. (Para otras discusiones relacionadas con estos temas, v. RELATIVIDAD, TEORíA DE LA; MECÁNICA IV; V. t. I, 9)

Propiedades de la materia: Nomenclatura y clasificación. Resumiendo, pues, para describir con precisión el comportamiento de cualquier materia o fenómeno material, es decir, para medirlo, basta elegir una unidad o término de comparación de masa, otra de carga, otra de longitud o distancia, y otra de tiempo o duración; a partir de estas cuatro unidades se puede establecer la forma de medir todas las demás características y propiedades de la m. física (v. MEDIDA). Todas estas propiedades físicas, es decir, propiedades medibles de la m., que en Filosofía se llamarían cualidades, reciben generalmente en Física el nombre de magnitudes; el término magnitud (v.) es originario de la Matemática (más concretamente de la Geometría): lo que se puede medir. Hay en la m. física, por tanto, cuatro magnitudes o cualidades fundamentales; las demás (desde la velocidad al color) son magnitudes o cualidades derivadas, es decir, expresables y medibles en función de las fundamentales

El análisis de las relaciones entre las diversas magnitudes que intervienen en los fenómenos físico-químicos se llama análisis dimensional (V. DIMENSIONES Y ANÁLISIS DIMENSIONAL). Los conceptos físicos de magnitud y de dimensión está en estrecha relación con los de cantidad (v.) y cualidad (v.); el análisis dimensional no trata de establecer las cuantías de las diversas magnitudes, sino la cualidad de las mismas en función de las cuatro fundamentales. Es decir, el concepto de magnitud física indica una cualidad de la materia con su medida cuantitativa determinada; la dimensión indica esa misma cualidad, pero prescindiendo de su medida. Así, p. ej., una fuerza es una magnitud física igual al producto de la magnitud de la masa movida por la magnitud de la aceleración adquirida. Las dimensiones (cualitativas) de la fuerza son la de una masa por una longitud divididas por un tiempo al cuadrado (ya que las de la aceleración son longitud dividida por tiempo al cuadrado)

Las magnitudes físicas, o cualidades de la m., más generales son la espacialidad y la temporalidad. Para ellas, V. ESPACIO y TIEMPO; V. t. CANTIDAD. Después vienen las magnitudes o cualidades mecánicas y las electromagnéticas, que dependen del número, distribución y valor de las masas y cargas, respectivamente

Para las cualidades o propiedades mecánicas de la m., ante todo, V. INERCIA y GRAVITACIÓN. Intuitivamente, tanto la masa inercial como la masa gravitatoria sugieren la idea de "cantidad de materia", y sin duda están relacionadas con ella. Pero en sentido propio y estricto, la masa inercial, que suele designarse sencillamente como masa (v.), es la medida de la inercia; y la masa gravitatoria es la medida de la gravitación, llamada peso (v.) cuando se refiere a la de la Tierra. Aquí hay que mencionar la elasticidad (v.), la resistencia de materiales (v.), los estados (v.) de la materia, el sonido (v.) y la acústica (v.), así como la energía (v.), el calor (v.), temperatura (v.), etc. Para todos estos fenómenos y propiedades de la m. a gran escala, es decir, en sistemas materiales de evolución directamente accesible a los sentidos se utiliza la Física clásica (V. MECÁNICA I-II; TERMODINÁMICA), que resulta un caso límite de la Mecánica cuántica para grandes distancias y velocidades muy inferiores a las de la luz

En el mundo microscópico, en el de la constitución interior de la materia (v. 2), las distancias entre partículas no se observan a simple vista, y generalmente ni siquiera con microscopios electrónicos, y las velocidades se aproximan a la de la luz (300.000 Km/seg.); aquí es preciso aplicar la mecánica cuántica relativista, y las propiedades electromagnéticas son complejas; se estudian en los apartados 3 y 4 siguientes. Para las propiedades electromagnéticas a gran escala, puede verse también ELECTRICIDAD, ELECTROSTÁTICA y MAGNETISMO; igualmente, para los fenómenos luminosos, V. LUZ y ÓPTICA; y, en general, V. t.ELECTROMAGNETISMO

De forma que la m. física no es lo que se mide por la masa, o por el peso, o por su energía, etc.; la m. en física no se mide, ni se puede medir (a lo sumo se podría contar, suponiendo que la teoría atómica y cuántica tuvieran una exacta correspondencia real); se miden sus propiedades, masa, carga, posiciones en el espacio o en el tiempo, y sus combinaciones (velocidad, energía, etc.); pero directamente la m. no se mide. La m. en la ciencia experimental se describe por sus propiedades; eligiendo las propiedades fundamentales básicas, irreductibles unas a otras, es decir, cualitativamente distintas, puede darse la siguiente definición descriptiva de la m., según el estado actual de la ciencia: "materia es aquello característico de los cuerpos por lo que éstos producen o experimentan fenómenos gravitatorios y fenómenos electromagnéticos"; o también: "materia es aquella característica esencial de los cuerpos por la que éstos pueden definirse o diferenciarse unos de otros en base a medidas de lo que se llama sus masas, sus cargas, y las trayectorias o posiciones de éstas en el espacio y en el tiempo". O más sencillamente: "materia es aquello de lo que están compuestos los cuerpos y que tiene masa, carga, espacio y tiempo medibles"

JORGE IPAS

BIBL.: Obras generales: J. CABRERA, Introducción a la Falca teórica, 2 vol., 6 ed. Zaragoza 1966; J. GARCIA SANTESMASES, Física general, 6 ed. Madrid 1973; J. PALACIOS, Física general, 3 ed. Madrid 1965; F. W. SEARS, N. W. ZEMANSKY, Física, Madrid 1972; VARIOS, Berkeley Physics Course (I: Mecánica, II: Electricidad y magnetismo, III: Ondas, IV: Física cuántica, V: Física estadística), Barcelona 1969-72; J. A. BABOR, y J. IBARZ, Química general moderna, 7 ed. Barcelona 1970; L. PAULING, Química general, 9 ed. Madrid 1967; R. USáN, Química universitaria básica, 2 ed. Madrid 1971; S. ALVARADo, Biología general, 7 ed. Madrid 1964; A. MILLÁN PUELLES, Fundamentos de Filosofía, 7 ed. Madrid 1972, cap. VIII-XVI; A. WILLWOLL, Alma y espíritu, 3 ed. Madrid 1953