La física es la ciencia que estudia los fenómenos de la naturaleza. Según esta definición general, la física englobaría otras ciencias como la astronomía, la química, la geología, etc. La física propiamente dicha estudia las propiedades de los cuerpos y los fenómenos o cambios accidentales producidos en ellos por los agentes naturales. El término fenómeno no significa en la ciencia lo mismo que en el lenguaje coloquial; representa cualquier modificación que experimenta un cuerpo, o sea, todo lo que produce una modificación. Para que el fenómeno corresponda a la física es preciso que sea accidental; es decir, que no altere la naturaleza de la sustancia. De este modo se distingue la física de la química, pues esta se ocupa de los cuerpos en su naturaleza y no en su forma. Son ejemplos de fenómenos físicos la reflexión de la luz, la caída de una piedra y el paso de una corriente eléctrica por un conductor, pues en ninguno de los tres casos hay transformación en la materia: la luz sigue siendo luz de idénticas características, la piedra no se transforma y el conductor sigue siendo el mismo metal o aleación antes y después del paso de la corriente. Por el contrario son fenómenos químicos la combustión de carbón y el enmohecimiento de la superficie de una pieza de hierro: en el primer caso, el carbón deja de ser tal, para convertirse en vapor de agua y dióxido de carbón, y en el segundo la capa superficial deja de ser hierro para convertirse en óxido de hierro.

Entre ambas ciencias, física y química, existen conexiones en diversos fenómenos naturales. Así, hay fenómenos como la congelación y la evaporación de los líquidos que participan de la característica de transformación accidental, por cuanto cambian de características y la forma del cuerpo sin dejar de ser el mismo compuesto, y de cambio de la naturaleza de la sustancia, pues varía en su íntima estructura el estado de agregación de sus moléculas. Como solución de compromiso para asignar el estudio de estos fenómenos a una ú otra ciencia, se ha denominado fisicoquímica a la disciplina que se ocupa de ellos. Los fenómenos que son objetos de la fisioquímica son suficientemente numerosos y complejos para construir ellos solos un tratado extenso, aunque se acostumbra englobarles como un capítulo de la física o de la química bajo la denominación de fisicoquímica física y fisicoquímica química, respectivamente.

Tradicionalmente, y más por razones pedagógicas que de otra índole, se han construido cinco grandes ramas de esta ciencia: mecánica, electromagnetismo, termodinámica, acústica y óptica. A estas ramas corresponden el estudio de movimiento de los cuerpos y sistemas, la electricidad y el magnetismo, la transmisión del calor, el sonido y las perturbaciones en los gases, y la luz en su naturaleza y propagación.

Actualmente, debido al avance en el estudio de la naturaleza del mundo de lo infinitamente pequeño, han surgido nuevas ramas, como son la física nuclear, la física atómica, y la mecánica cuántica. En algunos casos estas ramas han aparecido porque anteriormente no se habían manifestado los fenómenos que se estudian, y entre otros, porque las herramientas que utilizaban estas disciplinas no eran válidas para trabajar los fenómenos que pretendían explicar. La física no apareció hasta que se manifestó la naturaleza del átomo y exigió una atención especial, así como unos métodos propios; la mecánica cuántica surgió de la necesidad de hallar un cuerpo de doctrina que explicara satisfactoriamente, entre otro, los fenómenos de la radiación que la mecánica clásica no explicaba.

Hay grupos de fenómenos completos que no pertenecen a totalmente a ninguna de las ramas tradicionales, aunque se sirven de ellas. El comportamiento de los fluidos da lugar a un número suficiente de fenómenos para poder erigirse en rama independiente de la física; sin embargo, por su dependencia directa de la mecánica, se incorpora como subdivisión de ésta, aun cuando un estudio profundo de los líquidos y de los gases requiere la utilización de la termodinámica y de la acústica.

Importancia de la Física en la vida cotidiana.

La física (palabra de origen griego que quiere decir naturaleza) es una de las ciencias naturales en las que el hombre ha fijado su atención. Aunque hay otras como la astronomía que estudia las estrellas y las galaxias; la geología, que tiene su objeto en el estudio de nuestro planeta; biología, que estudia los seres vivos, etcétera, lo importante es que la física además de ser una fascinante actividad, se dedica a estudiar los problemas fundamentales de la naturaleza; por ello, es base de las demás ciencias y de las aplicaciones tecnológicas. Así mismo, nos ayuda a comprender, predecir, controlar, y muchas veces, a modificar el curso de los fenómenos.

La física es una actividad humana que se ha desarrollado en el trabajo de muchas personas de diferentes lugares y épocas. Es obra de la sociedad, y no de los individuos aislados. Es un esfuerzo en común.

La física desempeña un papel decisivo en la cultura moderna y forma parte de la historia del hombre. Su desarrollo ha contribuido al progreso de muchas otras actividades humanas, de la medicina a los viajes espaciales, de la economía a las telecomunicaciones, etc. En gran medida, la física influye en nuestra concepción del mundo y del hombre; es la base de todos los aparatos que usamos; nos permite evaluar las posibilidades y limitaciones de nuestras actividades. No es posible tener una educación moderna sin comprender algunas ideas y hechos del terreno de la física.

Es la física la que ha permitido el desarrollo de la telegrafía y la telefonía y la que nos permite ver en la televisión los juegos olímpicos realizados en lugares distantes. La física es el fundamento de la generación de la electricidad; ha hecho posible enviar al hombre a la Luna, diseñar y construir nuevos aviones, fabricar grandes y pequeñas computadoras, explotar y aprovechar las fuentes de energía que tanta importancia económica y política tienen en la actualidad, etc.

A esta descripción de la influencia de la física en la sociedad, en la cultura y en la tecnología, debe agregarse que también esta disciplina científica ha recibido y recibe la influencia de las ideas dominantes de la época. Los físicos no están aislados de la sociedad ni pueden sustraerse a la cultura de su tiempo, el trabajo que desarrollan se ve fuertemente modulado por la formación que ha recibido, por su interacción con otros científicos, por los problemas e intereses de la sociedad, por las corrientes filosóficas en boga, por los recursos disponibles para la experimentación, por la bibliografía especializada que esté a su alcance.

Así mismo, es cierto que la física ha contribuido de manera decisiva al desarrollo tecnológico, pero no es menos cierto que la tecnología ha dado a la física poderosas herramientas de trabajo que necesita esta para su continua evolución.

Este continuo inquirir en la naturaleza nos permite profundizar cada vez más y alcanzar niveles de comprensión cada vez mejores en un proceso inacabable. Hay partes de la física más desarrolladas que otras; hay algunas que apenas están esbozadas; en el futuro, seguramente se descubrirán fenómenos que nosotros ni siquiera sospechamos.

Física clásica y Física contemporánea.

La física clásica

Autores como N. Copérnico iniciaron el cambio que culminaría en el siglo XVII con el nacimiento de la llamada física clásica. En dicho siglo se enunció la teoría acerca de l magnetismo terrestre (W. Gilbert, 1544-1603), se establecieron las bases de la dinámica, y se formularon las leyes de la caída de los cuerpos debidas a G. Galilei (1564-1542). Asimismo, I. Newton (1642-1727) estableció el concepto de masa y formuló la teoría de la gravitación universal (1682) en su obra philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

Además, creo el formalismo necesario para su tratamiento matemático (cálculo de fluxiones) y demostró la validez de las leyes del movimiento de los planetas obtenidas por J. Kepler (1571-1630).

Ch. Huygens (1629-1695) dedujo el teorema de la energía cinética y aplico los estudios de G. Galilei sobre el péndulo a la regulación de los relojes. Los trabajos de P. Gassendi (1592-1655) y R. Boyle (1627-1691) reavivaron la teoría atómica de la materia y permitieron el reconocimiento de la existencia tanto del vacío como de la atmósfera (E. Torricelli, 1608-1847; B. Pascal, 1623-1662, y O. Von Guerricke, 1602-1686). Igualmente, el desarrollo de la estática y la dinámica recibió un fuerte empuje por parte de S. Stevin (1548-1620), así como el de la óptica (Ch. Huygens; R. Descartes, 1596-1650, y W. Snell, 1591-1626). La teoría del calor fue desarrollada por D. G. Fahrenheit (1686-1736), que definió la temperatura, y A. Celsisus (1701-1744), creando ambos escalas para medirla. Además de la termodinámica experimento un desarrollo espectacular con la formación del 2º principio en 1824 por S. Carnot (1796-1832), y la del 1º en 1842 por R. Mayer (1814-1878). A este proceso contribuyó, asimismo, R. Clausius (1822-1888) con la creación del concepto entropía. Finalmente L. Boltzmann (1844-1906) formularía la mecánica estadística. En el siglo XVIII se produjo un especial desarrollo, como continuación de los trabajos de I. Newton, de la mecánica clásica. Además, la electricidad que hasta entonces no había pasado de ser objeto de exhibición, experimentó un enorme desarrollo gracias a los trabajos de Ch. A. Coulomb (1736-1806), que serían completados en el siglo XIX por los de Ch. Oersted (1777-1851) G. S. Ohm (1787-1854), A. M. Ampere (1775-1836) y M. Faraday (1791-1867). Finalmente, la confirmación de la teoría ondulatoria de la luz por parte de T. Young (1773-1829) y A. J. Fresnel (1788-1827) dio lugar a que J. C. Maxwell (1831-1879) unificara, en 1865, la electricidad y el magnetismo mediante la formación de una teoría electromagnética de la luz que sería confirmada experimentalmente, en 1887, por H. R. Hertz (1857-1894).

La física moderna

Hacia finales del siglo XIX la física parecía haber alcanzado un estadio de totalidad definitiva con la integración de la mecánica y la termodinámica en la mecánica, estadística, y de la electricidad y la óptica a través de las ondas electromagnéticas. Sin embargo, ciertos fenómenos como el carácter corpuscular de la electricidad (determinación de la relación carga-masa para el electrón), la negatividad de la carga electrónica, la identificación de los electrones y los rayos catódicos y el establecimiento de la carga del electrón, obligaron al replanteamiento de muchas concepciones dando lugar al nacimiento de la llamada física moderna. Ésta se inicia con la hipótesis de los cuantos de M. Planck (1858-1947), a la que le siguen la determinación de la naturaleza de los rayos x por M.von Laue (1879-1960), el estudio de la radioactividad por el matrimonio Curie y el efecto fotoeléctrico explicado por A. Einstein (1879-1955) mediante la hipótesis de cuanto de luz (fotón) y confirmado experimentalmente en 1925 gracias a los trabajos de A. H. Compton (1892-1962). La nueva física quedó formalizada mediante los enunciados de las teorías de la relatividad especial (1905) y general(1915) por A. Einstein y el modelo atómico de N. Bohr (1885-1962), así como por el desarrollo de la llamada mecánica cuántica por varios científicos; entre ellos, L. De Broglie (1892-1986) y su dualidad onda-corpúsculo, E. Schrodinger (1887-1961), P. Dirac (1902-1984) y la aplicación del concepto de la probabilidad a la onda asociada a un corpúsculo, y W. Heisemberg (1901-1976), que formuló el principio de la incertidumbre. En 1934 se descubre la radioactividad artificial (Joliot-Curie) y cuatro años más tarde la fisión nuclear (O. Hahn, 1879-1968, y F. S trassmann, 1902-1980), con lo que cambió por completo el panorama de la relación entre la masa y la energía, así como la estructura de la primera, de la que hasta entonces sólo se conocían tres componentes: el electrón(1879), el protón (1910 y el neutrón (1932). Se abría así la búsqueda de los constituyentes elementales de la materia, las partículas elementales, de las que hoy se conocen más de doscientas. En la actualidad se trabaja para unificar las cuatro interacciones fundamentales conocidas: la gravitatoria, la débil, la fuerte y la electromagnética. Si bien estas tres últimas han permitido realizar enormes avances en cuanto a la unificación, la primera aún resiste este proceso, que intenta cerrarse mediante las teorías de gran unificación y, más recientemente, la llamada teoría de supercuerdas.

Por otro lado, se realizan grandes esfuerzos para profundizar en el estudio de la fisión nuclear y poner a punto los reactores de fusión. Además, los avances en los campos como el láser, la electrónica, la superconductividad, etc., son constantes y espectaculares, contribuyendo todo ello a que el futuro inmediato de la física aparezca francamente prometedor.

Los hombres de todos los tiempos se han hecho múltiples preguntas sobre los fenómenos de la naturaleza y han tratado de encontrar sus causas; sin embargo, la física, tal como ahora la conocemos, es relativamente nueva. En trescientos años ha experimentado un desarrollo gigantesco; son tantos los hechos físicos que se han estudiado, que es imposible para una sola persona conocerlos todos; nadie conoce toda la física. Sin embargo, la física es algo mucho más profundo que un catálogo de resultados. Los físicos han encontrado un enorme número de fenómenos que se pueden sintetizar en leyes que rigen el comportamiento de la naturaleza.

Con el desarrollo de las diversas ramas, la física ha adquirido una estructura que facilita el estudio sistemá-tico. No debe creerse, sin embargo, que esta estructura se mantiene inalterada: a la luz de los nuevos hechos experimentales y de los avances teóricos surgen nuevas áreas, se funden unas con otras y cambian la relación entre ellas.

A continuación se muestran las ramas más importantes de la física. Por un lado están las ramas clásicas de la física: la mecánica, que estudia el movimiento de los cuerpos; la termodinámica, dedicada a los fenómenos térmicos; la óptica, a los de la luz; el electromagnetismo, a los eléctricos y magnéticos; la acústica, que estudia las ondas sonoras, la hidrodinámica, relacionada con el movimiento de los fluidos; la física estadística, que se ocupa de los sistemas con un número muy grande de partículas.

Por otra parte, el desarrollo vertiginoso de la física en este siglo, a demás de trascender las ramas clásicas de la física, ha provocado el surgimiento de nuevas ramas, como la mecánica cuántica, las partículas elementales y los campos, la relatividad general y la gravitación, la física nuclear, la física atómica y molecular, la de la materia condensada..., agrupadas usualmente bajo nombre genérico de física moderna. No se trata de ramas independientes, porque todas ellas están relacionadas entre sí, y unas se toman prestados de las otras conocimientos, las herramientas y hasta objetos de estudio. Así con el curso de todas sus ramas, la física nos permite adquirir una comprensión detallada y a la vez visión unitaria de la naturaleza.