Síntesis cronológica de las Ciencias Físicas en el último siglo

Síntesis cronológica de las Ciencias Físicas en el último siglo

Por Alicia Leguizamón

Profesorado en Física

IES 2, Mariano Acosta

Definir los avances en las Cs Físicas ha sido un desafío, ya que en el último siglo se ha avanzado en materia de tecnología y comunicación como nunca antes en la historia. Este desarrollo tiene carácter logarítmico, la aceleración y el impacto que producen estos descubrimientos nos afecta enormemente y muchas veces no tenemos noción hasta qué punto cambian nuestra vida cotidiana. También fue un desafío determinar qué podía ser considerado un avance en el campo de las Cs Físicas, ya que esta está profundamente ligada con muchas otras disciplinas y es difícil catalogar qué puede ser tomado como avance de la Física propiamente en distinción con otras materias. A mi humilde manera, también tuve que enfrentar el problema de la demarcación.

En forma resumida, recopilé los hitos o eventos que considero marcaron avances en el campo amplio de las Ciencias Físicas desde el año 1900 hasta casi el año actual:

1900

Max Planck propone el quantum de energía. Para explicar los colores del calor de la materia incandescente, el físico alemán Max Planck asumió que la emisión y absorción de radiación ocurre en cantidades discretas y cuantificadas de energía. Su idea marcó el inicio de la teoría cuántica de la materia y la luz.

1905

Se propone la dualidad onda-partícula de la luz. Albert Einstein propone que la luz, que tiene propiedades de onda, también estaba formada por paquetes de energía cuantificados y discretos, que más tarde fueron llamados fotones. Este modelo explica el efecto fotoeléctrico, en que la luz "expulsa" electrones de una placa de metal.

1908-1913

Se clasifican las estrellas. El astrónomo danés Ejnar Hertzsprung y el astrofísico norteamericano Henry Norris Russell correlacionan la energía emitida por una estrella con su temperatura. Esto ordena los tipos estelares desde las gigantes rojas hasta las enanas blancas, y permite la comprensión de cómo las estrellas nacen y mueren.

1911

1) Se propone el modelo nuclear del átomo. Ernest Rutherford (físico neozelandés que trabaja en Inglaterra) propone el modelo nuclear del átomo para explicar el "rebote" de las partículas alfa desde una delgada lámina de oro.

2) Se descubre la superconductividad. El físico holandés Heike Kamerlingh Onnes observa que el mercurio pierde su resistencia eléctrica a temperaturas cercanas al cero absoluto. Este efecto de la baja temperatura también se observa en otros materiales.

1913

Se expone el modelo de átomo de Niels Bohr. Niels Bohr, físico danés, presenta su modelo atómico en que los electrones giran a grandes velocidades en órbitas circulares alrededor del núcleo ocupando la órbita de menor energía posible, esto es, la órbita más cercana al núcleo. El electrón puede “subir” o “caer” de nivel de energía, para lo cual necesita "absorber" o “emitir” energía, por ejemplo en forma de radiación o de fotones.

1915

La teoría de la relatividad general reemplaza la ley de gravedad de Newton. Albert Einstein extendió su teoría especial para describir la gravedad como una propiedad inherente al espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Einstein reemplaza la ley de gravedad de Newton por una ecuación que explica la gravitación como una curvatura del espacio-tiempo. La teoría explica correctamente la desviación gradual de la órbita del planeta Mercurio.

1916

Se determina la magnitud de la constante cuántica. El norteamericano Robert Millikan usa el efecto fotoeléctrico que Einstein explicó en 1905, para medir h, la constante matemática introducida por Max Planck para definir su quantum de energía, que es: 6,626 x 10-34 joule-segundo.

1919

Durante un eclipse solar se comprueba la deflexión de la luz por el campo gravitacional, tal como predijo la teoría de la relatividad general. De acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein, la gravedad curva el espacio y desvía los haces de luz. Una expedición montada por la Real Sociedad Astronómica observa el efecto predicho en las ideales condiciones de un eclipse solar. La confirmación hace famoso a Einstein.

1922

La teoría de la relatividad general predice un universo expansivo. Aunque Einstein en un principio rechazó el resultado, su teoría de la relatividad general predijo que todo el espacio-tiempo se expande, como señaló el matemático y meteorólogo soviético Alexander Friedmann.

1925

Se formulan nuevos fundamentos para la mecánica cuántica. El físico alemán Werner Heisenberg aplica el concepto matemático de matrices para dar cuenta de los cuantos de luz discretos emitidos y absorbidos por los átomos. Su idea provee de una estructura a la nueva física cuántica.

1926

La ecuación de Schrödinger describe la naturaleza ondulatoria de la materia. El físico austriaco Erwin Schrödinger introduce su famosa ecuación que describe la naturaleza de onda de la materia, la que se convierte en una piedra angular de la mecánica cuántica.

1926-1928

Se desarrolla la televisión y se transmite una señal sobre el océano. El ingeniero eléctrico británico John Baird transmite la primera imagen de televisión de objetos en movimiento. En 1928, envía una película a través de tecnología inalámbrica que cruza el océano Atlántico.

1927

Se postula que el universo comenzó desde un único evento. Georges Lemaitre, astrónomo y clérigo belga, concluye que el universo comenzó su expansión desde un pequeño y caliente “huevo cósmico”. Este es el origen de la teoría del Big Bang.

1929-1932

Se demuestra la actividad eléctrica en células nerviosas. El neurofisiólogo británico Edgar Adrian usa instrumentos electrónicos como el osciloscopio para detectar eventos eléctricos en nervios y células cerebrales. Más tarde, Adrian estudia cómo esta actividad eléctrica se relaciona con la epilepsia.1930Se inventa el motor de reacción a chorro. Frank White, un ingeniero aeronáutico británico, patenta el primer motor de reacción a chorro, que sería testeado en un vuelo de prueba en 1941.

1930-1935

Se inventa el plástico. El químico alemán Hermann Staudinger muestra cómo las pequeñas moléculas forman cadenas de polímeros, estructura fundamental del plástico, y sugiere cómo hacer polímeros. En la Compañía E. I. du Pont de Nemours, el químico norteamericano Wallace Hume Carohers desarrolla el nylon y la goma sintética.

1932

1) Se descubre el neutrón. El físico británico James Chadwick bombardea berilio con núcleos de helio y encuentra el neutrón, el segundo constituyente del núcleo atómico junto con el protón. Esta partícula eléctricamente neutra se puede usar para bombardear y probar el núcleo.

2) Se inventa el ciclotrón. El físico norteamericano Ernest O. Lawrence y el estudiante M. Stanley Livingston construyen un ingenioso dispositivo para estudiar el núcleo atómico sondeándolos con partículas subatómicas energizadas. Su ciclotrón acelera esas partículas haciéndolas pasar repetidamente por un ciclo a través de un campo eléctrico y produce partículas con una energía extremadamente alta. El diseño inspira generaciones de aceleradores de partículas que examinan el núcleo y las partículas elementales

1935-1938

Se inventa la fotocopiadora. El inventor norteamericano Chester Carlson inventa un método para copiar basado en el hecho de que el selenio se vuelve un buen conductor eléctrico cuando se ilumina. La primera fotocopiadora comercial, Xerox modelo A, se operaba manualmente y usaba un papel especial.

1936

El sonido se graba en una cinta magnética. El dispositivo llamado “magnetófono” usa cinta magnética ― primero fabricado de polvo magnético aplicado a una tira de papel ― para grabar un concierto dirigido por Sir Thomas Beecham.

1937

Se inventa el radar y se pone en operación. Robert Watson-Watt y otros ingenieros británicos desarrollan el radar (acrónimo de “Radio Detection and Ranging” [detección y medición de distancias mediante ondas radioeléctricas]), un método para detectar objetos distantes iluminándolos con ondas de radio y midiendo la señal reflectante; su primera aplicación fue en la defensa aérea.

1939

Se construye la primera radio de frecuencia modulada (FM).

1942

1) Se usa el microscopio de electrones para examinar un virus. Los electrones, debido a su comportamiento ondulatorio, tienen asociada una longitud de onda. En el microscopio electrónico, inventado por el ingeniero alemán Ernst Ruska, un haz de electrones de onda corta examina una muestra con más alta resolución que la que puede ser obtenida con un microscopio óptico. En 1942, Salvador Edward Luria, un biólogo italoestadounidense, usa el dispositivo para tomar imágenes de un virus de tamaño 10-7 metros.

2) Comienza a operar el primer reactor nuclear. Debajo de las galerías del estadio de fútbol de la Universidad de Chicago, un equipo encabezado por el físico italoestadounidense Enrico Fermi inició la primera reacción en cadena de fisión nuclear controlada, en una “pila atómica” que contenía uranio y grafito.

3) Se produce el elemento plutonio y se aísla el uranio–235.

1946

Se inventa la datación con carbono (carbono 14). El químico norteamericano Willard Frank Libby muestra cómo encontrar la información de la muerte de organismos vivos midiendo el decaimiento del carbono 14 radiactivo. La datación por radiocarbono es certera para eventos de más de 50 mil años, y es ampliamente usada por arqueólogos, antropólogos e investigadores de la Tierra.

1947

Se inventa el transistor. Los físicos estadounidenses John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain inventan el transistor, un amplificador electrónico compuesto por pequeñas piezas de material semiconductor. Este es el precursor del circuito integrado y de los chips de memoria.

1948

Se formula la teoría moderna de luz y electrones, electrodinámica cuántica. Los físicos estadounidenses Richard Feynman y Julian Schwinger y el físico japonés Sin-Itiro Tomonaga, desarrollan la electrodinámica cuántica (QED), la primera teoría completa de la interacción de fotones y electrones.

1949

Se inventa la memoria de núcleo magnético para computador. El ingeniero estadounidense Jay Forrester, quien trabajaba para la Armada de Estados Unidos, concibe el uso de pequeños anillos que se pueden magnetizar en el norte o sur para representar los números binarios 1 ó 0. Su memoria de centro de ferrito, tridimensional y de alta velocidad, llega a ser un hito en el diseño de computadores.

1952

Se analiza el ADN usando rayos X. La físico-química británica Rosalind Franklin realiza estudios del ADN utilizando rayos X para establecer la estructura del ADN.

1954

Se inventa la celda solar. Científicos de los laboratorios Bell desarrollan la celda fotovoltaica, un dispositivo de silicio que usa luz solar para generar una corriente eléctrica.

1954-1956

Nace la fibra óptica. El físico holandés Abraham van Heel descubre que un revestimiento de película mejora la transmisión de luz por fibras de vidrio, lo que conduce al rápido desarrollo de esta tecnología. En 1956, el ingeniero indio Narinder Kapany acuña el término “fibras ópticas”.

1957
Se lanza la primera nave espacial orbital. En una asombrosa hazaña que puso inicio a la era espacial, la Unión Soviética lanza el primer satélite artificial, el Sputnik I, de 184 libras de peso, seguido por el Sputnik II, de 1.000 libras.

1958

Se usa el ultrasonido por primera vez en aplicaciones médicas. Inspirado en el éxito del sonar antisubmarino durante la Segunda Guerra Mundial, el obstetra británico Ian Donald comienza a usar ondas de sonido de alta frecuencia para examinar fetos en mujeres embarazadas. Esta técnica de ultrasonido evita los riesgos de los rayos X y se comienza a usar ampliamente en obstetricia y otras aplicaciones médicas.

1958-1962

Se exploran y aplican los túneles cuánticos. En 1958, el físico japonés Leo Esaki, de Sony Corporation, usa túneles cuánticos que permiten a electrones, con comportamiento de onda, pasar barreras consideradas impenetrables por la física clásica, en el nuevo dispositivo electrónico “diodo túnel”.

1960

Se construye el primer láser. En la compañía aeronáutica Hughes, el físico estadounidense Theodore Maiman extrae una brillante y altamente concentrada luz de color muy puro de un cilindro de rubí. El láser es un producto de la teoría cuántica y pronto se usa en un amplio rango de aplicaciones comerciales.

1963

Se descubren los quásares. El astrónomo holandés-estadounidense Maarten Schmidt analiza el corrimiento al rojo de la luz emitida por el objeto astronómico 3C 273 y muestra que está extremadamente distante. Este es el primer quasar conocido, un objeto que se ve similar a una estrella, pero más brillante que algunas galaxias. Los quásares pueden ser asociados con agujeros negros gigantes.

1964

Se postula la existencia de los quarks. Los teóricos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig postulan en forma independiente la existencia de los quarks, partículas con cargas eléctricas que son fracciones de las cargas de los electrones, como los ladrillos de protones, neutrones y otras partículas de interacción fuerte. Esto introduce un nuevo orden dentro del mundo subatómico.

1967

Se presenta el horno de microondas. La Corporación Raytheon adapta la tecnología del radar WW II para desarrollar el horno de microondas para uso doméstico, el “Amana Radarange”.

1969

El ser humano llega a la Luna. En una proeza que dio inicio a la exploración humana directa de los cuerpos astronómicos, el astronauta estadounidense Neil Armstrong se convierte en el primer ser humano que camina en la Luna.

1970-1973

Se desarrolla el modelo estándar de partículas elementales. El modelo estándar explica tres de las cuatro fuerzas fundamentales (electromagnética y de interacción fuerte y débil; omite sólo la gravedad). Esta ley vincula las partículas clasificadas como leptones, entre ellas electrones, muones, quarks y portadores de fuerza tales como fotones, gluones y bosones pesados.

1971-1980

Se introduce la resonancia magnética nuclear (MNR) para diagnóstico médico. En 1939, el físico estadounidense Isidor Isaac Rabi mostró cómo estudiar átomos y moléculas mediante sus propiedades magnéticas. En 1946, otros dos estadounidenses, Edward M. Purcell y Felix Bloch, de origen suizo, aplicaron separadamente este método de resonancia magnética nuclear (MNR) en sólidos y líquidos. En 1971, investigadores comienzan a adaptar esta técnica, particularmente en medicina, a la producción de imágenes no invasivas para examinar estructuras internas del cuerpo; estuvo disponible comercialmente en 1980.

1971-1980

Se propone una posible teoría del todo o teoría de las supercuerdas. El físico inglés Michael Green y el estadounidense John Schwarz extienden la teoría de las cuerdas ―que considera a las partículas elementales como vibraciones de cuerdas diminutas― a la teoría de las supercuerdas. Esta incorpora una nueva correspondencia llamada supersimetría, que ubica a las partículas y los transportadores de fuerza en un mismo pie de igualdad. Para 1997, la teoría de las supercuerdas parece capaz de unir la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad para explicar todas las partículas y fuerzas conocidas, inclusive la gravedad, aunque permanece sin que se le pruebe experimentalmente.

1972

Se realiza el primer examen de tomografía computarizada. Con métodos desarrollados por el físico estadounidense Allan Cormack, el ingeniero británico Godfrey Hounsfield combina imágenes de rayos X mediante programas de computación, para mostrar el interior del cuerpo humano en tres dimensiones. El examen de tomografía computarizada se convierte en una técnica de imágenes no invasivas de gran uso en medicina.

1980

Se propone el universo "inflacionario". El Big Bang es generalmente aceptado como el origen del universo, pero falla al explicar detalles de la distribución de la radiación cósmica de fondo y en otras observaciones. El físico estadounidense Alan Guth genera ideas de física de partículas que proponen que el Big Bang fue seguido por un tiempo de crecimiento extremadamente rápido: la teoría Inflacionaria. Esta sugerencia inspira la proliferación de historias hipotéticas sobre el cosmos.

1981

Se inventa el microscopio de barrido por efecto túnel, que da origen a la nanotecnología moderna. El físico alemán Gerd Binnig y el suizo Heinrich Rohrer desarrollan un microscopio en el cual se examina un espécimen midiendo minúsculas corrientes eléctricas entre la superficie y una finísima punta metálica. La técnica puede producir un mapa generado por computadora de la superficie mostrando los contornos de átomos individuales.

1982

Se presenta el disco compacto (CD). El disco compacto (CD), disco de plástico de 5 pulgadas de diámetro que porta información codificada como diminutas concavidades leídas por un láser, es introducido en conjunto con los reproductores de CD. El primer disco compacto es 52nd Street, de Billy Joel.

1989

Se lanza la World-Wide Web. El ingeniero británico Tim Berners-Lee y colegas de la base suiza del Laboratorio Internacional de Partículas Elementales CERN, crean el Protocolo de Traspaso de Hipertexto (Hypertext Transfer Protocol [HTTP]), un modo de comunicación estandarizado para redes computacionales. El software “point-and-click” (apuntar y pulsar) se introduce en 1993, y el HTTP se convierte en el recurso dominante de transferencia de información en la Internet global.

1990

Comienza a operar el Telescopio Espacial Hubble. Se pone en órbita sobre la atmósfera oscura de la Tierra el telescopio Hubble, construido bajo la supervisión de la NASA. Después de corregir un desperfecto, el Hubble examina el universo con alta resolución en longitudes de onda desde el ultravioleta al infrarrojo.

1993

Se completa el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Terminando un proyecto de 20 años, la Fuerza Aérea de Estados Unidos lanza los últimos de 24 satélites Navstar que contienen relojes atómicos. Usuarios en cualquier parte de la Tierra pueden determinar ubicaciones precisas desde esta red para navegación, guía de tráfico automovilístico, excursionismo e investigación geofísica.

1994

Se proponen nuevas técnicas físicas para secuenciar el ADN. El Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990 como una monumental empresa de 15 años para analizar la secuencia del ADN humano, la que nos daría un completo mapa genético (genoma). En 1994 se proponen rápidos y nuevos métodos físicos de secuenciación; varios usan rayos láser, métodos fotolitográficos desarrollados por la industria de semiconductores y detección de moléculas individuales.

1995

Se alcanza un nuevo estado de la materia por la condensación de miles de átomos (condensado Bose-Einstein). En 1924-1925, el físico indio Satyendra Nath Bose y Albert Einstein predijeron que átomos extremadamente fríos podrían condensarse en un único estado cuántico. En 1995, un equipo dirigido por los físicos estadounidenses Eric Cornell y Carl Wieman atrapa una nube de 2 mil átomos metálicos congelados a menos de una millonésima de grado sobre el cero absoluto, y produce el condensado de Bose-Einstein. Este logro conduce a la construcción del láser atómico en 1997. El nuevo estado de la materia alcanzado en este “superátomo”, también llamado condensado Bose-Einstein o “burbuja mecánica cuántica”, es decisivo en el desarrollo de la medición de alta precisión y la nanotecnología. (De izquierda a derecha, la aproximación a la condensación: el ancho de la colina, que se contrae mientras más átomos se unen al condensado en desarrollo, representa la propagación de temperaturas en la nube.)

1997

La misión Pathfinder explora Marte. Una astronave de la NASA aterriza en Marte y deja el Sojouner (que significa “morador o residente temporal”), un pequeño vehículo con ruedas que examina la superficie y sus rocas para investigar el pasado y presente de la geología marciana.

2000-2010

Las ondas gravitacionales abren una nueva ventana al universo. Se cree que las ondas gravitacionales, aún no detectadas para el año 1999, se agitan a través del espacio-tiempo del universo. Se espera que un nuevo sistema de detección planificado para Louisiana (estado de Washington), y para otros sitios alrededor del mundo, las encuentre. El Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory [LIGO]) revelará el fenómeno cósmico de una forma jamás registrada por telescopios ópticos o de radio y entregará convincentes nuevas pruebas de las teorías de la relatividad y el Big Bang.

2000-2010

La fotónica compite con la electrónica. En principio, los fotones pueden transmitir, manipular y almacenar información de manera más eficiente que los electrones. Las fibras ópticas están comenzando a reemplazar los cables de cobre que han sido usados para la transmisión de datos por más de un siglo. De todos modos, el computador all-optical (“todo-óptico”), con circuitos fotónicos integrados, se encuentra aún en pañales. Cuando madure, serán posibles nuevas y revolucionarias formas de hacer "pensar" a las máquinas.