Història de la física
L'història de la física intenta explicar la naturalea i els fenòmens que, des de la més remota antiguetat, les tracten de comprendre: el pas de les estacions, el moviment dels cossos i dels astres, els fenòmens climàtics, les propietats dels materials, etc. Les primeres explicacions varen aparéixer en l'antiguetat i es basaven en consideracions purament filosòfiques, sense verificar experimentalment. Algunes interpretacions falses, com la feta per Ptolemeu en el seu famós Almagest ("La Terra està al centre del Univers i al voltant d'ella giren els astres") varen perdurar durant segles.
Diferències de la física elemental
En el segle XVI Galileu va ser pioner en l'us d'experiències per validar les teories de la física. Es va interessar en el moviment dels astres i dels cossos. Utilisant instruments com el pla inclinat, va descobrir la llei de la inèrcia de la dinàmica, i en l'us d'un dels primers telescopi es va observar que Júpiter tenia satèlits girant al seu voltant i les taques solars de Sol. Estes observacions demostraven el model heliocèntric de Nicolau Copèrnic i el fet que els cossos celests no són perfectes i immutables. En la mateixa època, les observacions de Tycho Brahe i els càlculs de Johannes Kepler varen permetre establir les lleis que governen el moviment dels planetes al Sistema Solar.
L'any 1687 Newton va publicar els Principis Matemàtics de la Natura (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), una obra en la qual es descriuen les lleis clàssiques de la dinàmica conegudes com: Lleis de Newton, i la llei de la gravitació universal de Newton. El primer grup de lleis permetia explicar la dinàmica dels cossos i fer prediccions del moviment i equilibri de cossos, la segona llei permetia demostrar les lleis de Kepler del moviment dels planetes i explicar la gravetat terrestre (d'açí el nom de gravetat universal ). En esta época es va posar de manifest un dels principis bàsics de la física, les lleis de la física són les mateixes en qualsevol punt del Univers. El desenroll per Newton i Leibniz del càlcul matemàtic proporcionar les ferramentes matemàtiques per al desenroll de la física com a ciència capaç de fer prediccions. En esta época van desenrollar els seus treballs físics com Robert Hooke i Christian Huygens estudiant les propietats bàsiques de la matèria i de la llum.
A finals del segle XVII la física comença a influir en el desenroll tecnològic permetent al seu torn un avanç més ràpit de la pròpia física.
El desenroll instrumental (telescopis, microscopi es i atres instruments) i el desenroll de proves cada vegada més sofisticats van permetre obtindre grans èxits com la mesura de la massa de la Terra a l'experiment de la balança de torsió.
També apareixen les primeres societats científiques com la Royal Society a Londres l'any 1660 i la Académie des sciences a París l'any 1666 com a instruments de comunicació i intercanvi científic, tenint en els primers temps de les dos societats un paper preeminent les ciències físiques.
- Portades de dos obres cabdals de la Revolució científica
Sidereus Nuncius , Galilei, 1610.
El segle XVIII: Termodinàmica i òptica
A partir del segle XVIII Boyle, Young i atres varen desenrollar la termodinàmica. L'any 1733 Bernoulli va usar arguments estadístics, juntament en la mecànica clàssica, per extraure resultats de la termodinàmica, iniciant la mecànica estadística. L'any 1798 Thompson va demostrar la conversió del treball mecànic en calor i el 1847 Joule va formular la llei de conservació de l'energia.
En el camp de l'òptica el segle va començar en la teoria corpuscular de la llum de Newton exposta en la seua famosa obra Opticks . Encara que les lleis bàsiques de l'òptica geomètrica havien estat descobertes algunes décades abans el segle XVIII va ser ric en avanços tècnics en este camp produint les primeres lents acromàtiques, mesurant-se per primera vegada la velocitat de la llum i descobrint la naturalea espectral de la llum. El segle va concloure en el célebre experiment de Young de 1801 en el qual es posava de manifest la interferència de la llum demostrant la naturalea ondulatòria d'esta.
El segle XIX: Electromagnetisme i l'estructura atòmica
La investigació física de la primera mitat del segle XIX va estar dominada per l'estudi dels fenòmens de l'electricitat i el magnetisme. Coulomb, Luigi Galvani, Faraday, Ohm i molts atres físics famosos estudiar els fenòmens dispars i contraintuitivos que s'associen a este camp. L'any 1855 Maxwell va unificar les lleis conegudes sobre el comportament de l'electricitat i el magnetisme en una sola teoria en un marc matemàtic comú mostrant la natura unida del electromagnetisme. Els treballs de Maxwell en l'electromagnetisme es consideren a sovint equiparables als descobriments de Newton sobre la gravitació universal i es resumixen en les conegudes, equacions de Maxwell, un conjunt de quatre equacions capaç de predir i explicar tots els fenòmens electromagnètics clàssics . Una de les prediccions d'esta teoria era que la llum és una ona electromagnètica. Este descobriment de Maxwell proporcionaria la possibilitat del desenroll de la ràdio (comunicacions) unes décades més tart per Heinrich Hertz l'any 1888.
En l'any 1895 Roentgen va descobrir els raigs X, ones electromagnètiques de freqüències molt altes. Quasi simultàneament, Henri Becquerel descobria la radioactivitat l'any 1896. Este camp es va desenrollar ràpidament en els treballs posteriors de Pierre Curie, Marie Curie i molts atres, donant inici a la física nuclear i al començament de l'estructura microscòpica de la matèria.
En l'any 1897 Thomson va descobrir el electró, la partícula elemental que transporta la corrent en els circuits elèctrics proponent l'any 1904 un primer model simplificat de l'àtom.
El segle XX: La segona revolució de la física
El segle XX va estar marcat pel desenroll de la física com ciència capaç de promoure el desenroll tecnològic. A principis d'este segle els físics consideraven tenir una visió quasi completa de la naturalea. No obstant això aviat es varen produir dos revolucions conceptuals de gran calat: El desenroll de la teoria de la relativitat i el començament de la mecànica quàntica.
En l'any 1905 Albert Einstein, va formular la teoria de la relativitat especial, en la qual l'espai i el temps s'unifiquen en una sola entitat, l'espai-temps. La relativitat formula equacions diferents per a la transformació de moviments quan s'observen des de diferents sistemes de referència inercials a aquelles donades per la mecànica clàssica. Les dos teories coincidixen a velocitats chicotetes en relació a la velocitat de la llum. En l'any 1915 es va estendre la teoria especial de la relativitat per a explicar la gravetat, formulant la teoria general de la relativitat, la qual substituïx la llei de la gravitació de Newton.
En l'any 1911 Rutherford va deduir l'existència d'un núcleu atòmic carregat positivament a partir d'experiències de dispersió de partícules. Als components de càrrega positiva d'este núcleu se'ls va nomenar protons. Els neutrons, que també formen part del núcleu pero no tenen càrrega elèctrica, els va descobrir Chadwick l'any 1932.
En els primers anys del segle XX Planck, Einstein, Bohr i atres van desenrollar la teoria quàntica per tal de explicar resultats experimentals anòmals sobre la radiació dels cossos. En esta teoria, els nivells possibles d'energia passen a ser discrets. En 1925 Heisenberg i en 1926 Schrödinger i Dirac formularen la mecànica quàntica, en la qual expliquen les teories quàntiques precedents. En la mecànica quàntica, els resultats de les mesures físiques són provabilístics, la teoria quàntica descriu el càlcul d'estes provabilitats.
La mecànica quàntica va suministrar les ferramentes teòriques per a la física de la matèria condensada, la qual estudia el comportament dels sòlits i els líquits, incloent fenòmens com ara estructura cristalina , semiconductivitat i superconductivitat. Entre els pioners de la física de la matèria condensada s'inclou Bloch, que va desenrollar una descripció mecano-quàntica del comportament dels electrons en les estructures cristal (1928).
La teoria quàntica de camps es va formular per estendre la mecànica quàntica de manera consistent en la teoria especial de la relativitat. Va arribar la seua forma moderna a finals de 1940 gràcies al treball de Feynman, Schwinger, Tomonaga i Dyson. Ells varen formular la teoria de l'electrodinàmica quàntica, en la qual es descriu la interacció electromagnètica.
La teoria quàntica de camps suministrar les bases per al desenroll de la física de partícules, la qual estudia les forces fonamentals i les partícules elementals. En 1954 Yang i Mills van desenrollar les bases del model estàndart de física de partícules. Este model es va completar en els anys 1970 i en ell es descriuen quasi totes les partícules elementals observades.
La física del segle XXI
La física seguix enfrontant-se a grans reptes, tant de caràcter pràctic com teòric, al començament del segle XXI. L'estudi dels sistemes complexos dominats per sistemes d'equacions no llineals, tal com la meteorologia o les propietats quàntiques dels materials que han possibilitat el desenroll de nous materials en propietats sorprenents. A nivell teòric l'astrofísica oferix una visió del món en numeroses preguntes obertes en tots els seus fronts, des de la cosmologia fins a la formació planetaria. La física teòrica continua els seus intents de trobar una teoria física capaç d'unificar totes les forces en un únic formulisme en el que seria una teoria del tot. Entre les teories candidates hem de citar la teoria de supercordes.