Definición y concepto de Física

Toda definición de un campo del saber es siempre difícil, sobre todo porque definir algo conlleva siempre intentar separar lo que de forma natural se presenta unido. Intentar dar una definición de la física como ciencia que sea sencilla y a la vez exhaustiva no es una tarea fácil, pues muchas de las definiciones que a veces se utilizan pueden ser catalogadas más bien como descripciones que abarcan aspectos más o menos parciales de la misma. Sin embargo, la necesidad que tenemos siempre de disponer de un marco al que referir unos conocimientos concretos relacionados entre sí, es lo que obliga a enunciar las definiciones. Es evidente que dar una definición estricta de la física supone, en parte, una pérdida de flexibilidad que podría dar lugar a limitaciones futuras en su contenido, sobre todo si se tiene en cuenta la propia dinámica de una ciencia que evoluciona gracias a una constante investigación. Con todos los riesgos que supone tomar la medida anterior, a continuación se muestran algunas de las definiciones de la física que pueden encontrarse en la bibliografía.

El propio origen de la palabra física, del término griego physis, cuyo significado es “naturaleza”, nos da la clave de qué se ha entendido como física a lo largo de la mayor parte de la historia, exceptuando nuestro siglo y el anterior. La física, por tanto, debía tratar de “entender” y “explicar” los fenómenos de la naturaleza. Ciertamente hasta principios del siglo XIX se entendía la física en este amplio sentido, y se denominó “filosofía natural”. Sin embargo, durante el siglo XIX y hasta muy recientemente, la física estuvo restringida al estudio de un grupo más limitado de fenómenos, designados con el nombre de “fenómenos físicos” y definidos sin precisión como procesos en los cuales la “naturaleza” de las sustancias participantes no cambia. Esta definición poco precisa de la Física ha sido gradualmente descartada, retornándose al concepto más amplio y más fundamental de antes. Por ello puede decirse que [1]:

“La física es una ciencia cuyo objetivo es estudiar los componentes de la materia y sus interacciones mutuas. En función de estas interacciones la Física explica las propiedades de la materia en conjunto, así como los distintos fenómenos que observamos en la Naturaleza”.

Para cubrir estos objetivos, la física se ocupa de observar y recoger los datos que tales hechos proporcionan y de agruparlos de forma que sus compendios ordenados nos permitan conocer mejor la naturaleza.

Puede decirse que la visión de los fenómenos naturales que nos proporciona hoy la física es el triunfo del pensamiento racional iniciado hace más de dos mil años por los filósofos. A esta racionalidad se incorporó hace unos quinientos años la metodología de la Ciencia moderna. Este método consiste en plantear preguntas específicas a la naturaleza mediante la realización de experimentos. Galileo, con sus famosos experimentos, provocó el nacimiento de la física tal y como hoy la entendemos. Los primeros experimentos de la física se llevaron a cabo sin medios o en todo caso con medios muy precarios. Galileo, por ejemplo, se sirvió de la torre inclinada de Pisa para dejar caer desde lo alto piedras de distintos tamaños. A falta de un reloj, utilizó su propio pulso para medir el tiempo en algunos de sus experimentos. Frente a estos medios tan primitivos se encuentran los gigantescos aparatos de la física moderna, como los aceleradores de partículas, y aunque parecen algo cualitativamente nuevo, en el fondo su principio sigue siendo el mismo: Se plantea una pregunta específica a la naturaleza bajo condiciones determinadas, se lleva a cabo un experimento.

La idea que siempre han tenido los científicos de resumir y concentrar nuestro conocimiento acerca del mundo que nos rodea es lo que conduce a la elaboración de teorías. La física utiliza unos modelos o teorías para la descripción de los fenómenos de la naturaleza. Puede decirse que una teoría física es un sistema de conceptos, definiciones y leyes que permiten sin contradicciones describir y representar matemáticamente un gran número de fenómenos. Las teorías físicas se desarrollan en torno a uno o varios conceptos fundamentales. Los conceptos físicos se consideran como las unidades fundamentales de conocimiento o como las principales ideas que la física utiliza como vocabulario. El primer requisito para comprender los fenómenos físicos es, por tanto, introducir los conceptos adecuados, pues sin la ayuda de los conceptos válidos no podemos entender realmente qué ha sido observado. Al intentar analizar nuevos fenómenos siempre es necesario introducir conceptos nuevos que, por lo general, se presentan en forma poco clara y desarrollada; luego son modificados, abandonados o sustituidos por otros mejores que quedan más claramente definidos, aunque nunca se puede asegurar su perennidad. Werner Heisenberg señalaba que [2], de hecho:

“la historia de la física no puede entenderse como una mera yuxtaposición de descubrimientos y de observaciones experimentales a la cual se agregue su descripción matemática para dar lugar a teorías, sino que es también historia de los conceptos”.

Werner Heisenberg y Niels Bohr. Créditos: Wikipedia.

Lo que confiere importancia a ciertos conceptos es su aparición en una gran cantidad de descripciones y leyes en áreas muy alejadas, a menudo, de las de su formulación inicial. Las teorías físicas se derivan de los hechos empíricos mediante la observación y la experimentación, y una característica importante de aquéllas es su capacidad para explicar y al mismo tiempo predecir. El concepto “física” debe representar, asimismo, un conocimiento estructurado pero siempre abierto a todo paso posterior, aunque éste modifique, al menos aparentemente, sus bases de partida.

Existen otras muchas definiciones de física. Por ejemplo, Julio Palacios en su discurso de recepción en la Real Academia de la Lengua Española el 13 de diciembre de 1953, titulado “El lenguaje de la física y su peculiar filosofía”, presentaba la siguiente definición de la física, la cual se incluyó en el Diccionario de la Lengua [3]:

“La física se propone descubrir y dar forma matemática a las leyes universales que relacionan entre sí las magnitudes que intervienen en los fenómenos reales”.

Julio Palacios. Créditos: Aragoneses ilustres.

Albert Einstein pensaba sobre la ciencia que [4]:

“No es una mera colección de leyes, un catálogo de hechos sin relación mutua, sino que es una creación de la mente humana, con sus ideas y conceptos libremente inventados. Las teorías físicas tratan de dar una imagen de la realidad y de establecer su conexión con el amplio mundo de las impresiones sensoriales. La única justificación de nuestras estructuras mentales es si esa conexión se logra y de qué modo se hace”.

En distintas ocasiones, Einstein declaró [5]:

“La física es una creación del intelecto humano en su intento por comprender el mundo físico”.

Según Selleri, en tanto creación del intelecto humano una teoría física es, ciertamente, arbitraria en parte (desde un punto de vista lógico); en cuanto comprensión del mundo físico, en la medida en que tenga éxito, debe a su vez contener elementos, objetivos, y ésta es la conquista irreversible que puede y debe enriquecerse por la investigación futura, pero jamás negada o abandonada. Ejemplos aleatorios de contenidos objetivos (irreversibles) de la física podrían ser los conceptos de estrella, galaxia, átomo, molécula, núcleo atómico o partícula elemental; resulta difícil creer que la física del futuro niegue la existencia de tales sistemas físicos, aunque es probable que todavía no conozcamos muchos de sus aspectos.

Niels Bohr y Albert Einstein. Créditos: Wikipedia.

Planck, por su parte, basaba sus investigaciones en la creencia de que existe un mundo físico externo al hombre, y que la misión de la física es proporcionar imágenes mentales de él. Además no aceptaba en una teoría física la falta de causalidad y la incapacidad de proporcionar imágenes de la realidad. La definición que el físico danés Niels Bohr daba de la física era muy distinta a la de muchos de sus contemporáneos, incluidos Planck y Einstein. Acerca del objetivo de la misma Niels Bohr escribió [6]:

“Es equivocado pensar que la tarea de la física es averiguar cómo es la naturaleza. La física se refiere a lo que nosotros podemos decir de ella”.

En este sentido, la verdadera tarea de la física no sería descubrirlo todo, sino más bien entenderlo, averiguar como unas cosas están relacionadas con otras. Sería desarrollar una forma de intuición adiestrada que nos permitiera comprender en cualquier fenómeno dado lo que es importante y lo que no lo es. Lo que queremos saber es porque las cosas funcionan del modo que lo hacen. De hecho, en la física la mayor parte del trabajo no consiste en encontrar como funciona todo, consiste en hacer todo lo contrario, en ir separando lo sencillo de lo complicado, en hacer aproximaciones, en hacer estimaciones, en profundizar a través de las dificultades para llegar a dominar las características esenciales de cualquier fenómeno físico.

Con frecuencia se dice que

“la física es la ciencia de lo exótico, pero también es la ciencia de la vida cotidiana” [7].

En el extremo de lo exótico, los agujeros negros, los átomos, las partículas elementales, la nanofísica o la materia oscura ponen retos a nuestra imaginación. En la vida diaria, físicos, astrónomos, químicos, geólogos, biólogos, médicos, ingenieros y arquitectos abordan en su trabajo diario temas como la transmisión del calor, el flujo de fluidos, la corriente eléctrica, la propagación de la luz y el sonido, la radiactividad o las fuerzas de tensión en puentes o edificios. Todo esto también es física y de hecho innumerables cuestiones respecto a nuestro mundo más próximo pueden responderse con un conocimiento básico de esta ciencia [7].

Por último, existen definiciones más desenfadadas, como la del genial Richard Feynman, que decía que la física es [8]:

“lo que nos dejan hacer a los físicos a última hora de la tarde”.

En cualquier caso, el hecho de que no se pueda dar una definición cerrada de la física no debería preocuparnos excesivamente. Una simple ojeada al índice de cualquier libro de física deja bien claro cuál es el objetivo de la misma.

Richard Feynman. Créditos: Wikipedia.

REFERENCIAS

[1] M. Alonso y E. J. Finn, “Física. Vol. I: Mecánica”, Addison-Wesley Iberoamericana. México, 1986. pág. 2.

[2] W. Heinsenberg, Encuentros y conversaciones con Einstein y otros ensayos científicos” (Alianza Editorial, Madrid, 1979). pág. 25-43.

[3] J. Aguilar: “Vida y obra de Don Julio Palacios”. Conferencias de la XXIII Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física, Universidad de Valladolid, 1992. pág. 17.

[4] F. Selleri, “El debate de la teoría cuántica” (Alianza Universidad, Alianza Editorial, Madrid, 1986). pág. 31.

[5] F. Selleri, op. cit., pág. 49.

[6] F. Selleri, op. cit., pág. 36.

[7] P. A. Tipler, “Física para la ciencia y la tecnología”, Vol. 1 (Reverté. Barcelona, 1999). pág. 1.

[8] Profesiones: La Física. Hablando con Juan Rojo (Acento Editorial. Madrid, 1994). pág. 3.

About Augusto Beléndez

Catedrático de Universidad de Física Aplicada en el Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la Universidad de Alicante. Director del Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías (IUFACyT) así como del Grupo de Investigación "Holografía y Procesado Óptico" (GHPO) y del Grupo de Innovación Tecnológica-Educativa "Física, Óptica y Telecomunicaciones" (GITE-FOT).
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