El siglo pasado está marcado por importantes revoluciones científicas y tecnológicas. La primera viene con el establecimiento de las teorías de la mecánica cuántica de Max Planck, en el año 1900 y de la relatividad especial, por Albert Einstein, en 1905. Planck postula que las energías de las moléculas, de las que está compuesto un cuerpo material, sólo pueden tener valores numéricos que sean múltiplos enteros de sus frecuencias de vibración. Estas ideas causaron toda una revolución del pensamiento científico, generando nuevas teorías, algunas de ellas provocaron el desarrollo de las tecnologías más avanzadas con las que se cuenta hoy día. Un ejemplo de estas revolucionarias tecnologías, es el LASER, la palabra LASER es acrónimo de light amplification by stimulated emission of radiation (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación).
En el año 1927, Louis Victor de Broglie, fue el primero en proponer una teoría sobre la naturaleza dual de la luz, se sabe que ésta, bajo ciertas condiciones experimentales, se puede comportar como una onda o como una partícula. Por lo que De Broglie reformula las leyes de Planck, ya no en términos de energía, sino de momentum (momento lineal), que es el producto de la masa de una partícula por su velocidad. Hoy día se sabe que el momento es una cantidad vectorial. La conclusión de la teoría de De Broglie, es que la materia no es ni una partícula, ni una onda; sino un poco de ambas, lo que él mismo llamó como: ondúsculo. Por otra parte, una ecuación que ha sido usada para modelar la materia, es la conocidad ecuación de onda de Schrödinger, aunque realmente en esta ecuación diferencial, se asume que la materia tiene un comportamiento completamente ondulatorio, tal como la luz.
Por su parte Einstein, retoma las ideas de Galileo, sobre el movimiento relativo de los cuerpos y de los sistemas de referencia inerciales (un sistema que se mueve con velocidad constante respecto de otro sistema, también es un sistema inercial). Einstein publica un artículo conocido como: Zur Elektrodynamik bewegter Körper (Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento). En este trabajo Einstein, postuló que el movimiento absoluto no puede medirse bajo ningún tipo de experimento y como consecuencia de ello, el éter luminífero no existe. Se asume siempre que, la velocidad de la luz es una contante en todo tipo de sistema. Sin duda alguna, una de las mayores contribuciones del Albert Einstein, ya en la teoría de la relatividad general, es la ecuación que relaciona la energía en reposo de la materia, con el producto de la masa de ésta, por la velocidad de la luz al cuadrado. La muy famosa fórmula: E=mc^2.
A mediados del siglo XX, la revolución de los semiconductores basada principalmente, en la investigación de los elementos químicos como el silicio y el germanio, permitió alcanzar tamaños tan pequeños para la construcción de dispositivos electrónicos, que hasta ese momento eran impensables. La llegada del transistor, el LED, el MOSFET y otros dispositivos similares, detonaron más tarde el crecimiento de la microeletrónica, lo que después abrió paso a la actual: nanoelectrónica. Esta área del conocimiento, ha venido generando una enorme cantidad de aplicaciones, tanto en comunicaciones, como en el hogar y en entornos industriales. Una tecnología que despuntó sin duda alguna fue el microprocesador, el que se construye a partir de una placa de silicio y dentro de está, se graban pistas de conexión hechas principalmente de aluminio. Hoy día, los microprocesadores se encuentran en computadoras y en una gran variedad de dispositivos móviles.
Otro encuentro del ser humano con el avance científico ha sido a través del estudio de fenómenos que se producen en los fluidos. El aire y los líquidos son ejemplos de fluidos. El modelo que gobierna la mecánica de fluidos, es mediante la ecuación diferencial de Navier-Stokes. Por cierto, esta ecuación no ha sido del todo resuelta, y actualmente es uno de los siete problemas que el Instituto Clay de Matemáticas en Cambridge, en el estado de Massachusetts, propuso en el año 2000, como uno de los siete problemas del Milenio. El instituto ha convocado a todos los físicos y matemáticos del mundo para resolver este problema. Existe un premio de un millón de dólares a quien o quienes se capaces de resolverlo. Las aplicaciones de la ecuación de Navier-Stokes se encuentran en la solución de problemas provenientes de los modernos aviones de pasajeros, en submarinos muy rápidos y en los autos de la fórmula uno. En medicina, la misma ecuación es importante para estudiar y llevar a cabo simulaciones por computadora, del flujo sanguíneo, tanto en las venas como en las arterias.
Existe una expresión matemática, usada para determinar cuanta información hay en un mensaje, esto en términos de probabilidades, y sirve para establecer los límites en la eficiencia de las comunicaciones. Esta ecuación usada en teoría de la información, se dice marcó el inicio de la era de la información, la cual permite poder tener códigos eficientes de detección y corrección de errores, con aplicaciones a la inteligencia artificial, la criptografía, e incluso para obtener el significado de una secuencia del ADN.
Una de las revoluciones que se ha mantenido al margen de los espectaculares éxitos científicos y tecnológicos, que aún está en desarrollo, es la que encabeza la teoría fractal. Los fractales son formas geométricas con ciertas propiedades, como la autosimilaridad y la dimensión fraccional. Tienen aplicaciones diversas tanto en Física como en Química. Se dice que los fractales están en la frontera entre el caos y el orden. Ejemplos encontrados en la naturaleza, que son considerados como objetos fractales son: el helecho, el brócoli, la coliflor y los copos de nieve; que se forman al caer la nieve en lugares con muy baja temperatura. En un fractal, cada una de las partes es una reproducción del todo. Existe hoy día, fractales sintéticos hechos son funciones matemáticas, que pueden ser visualizados en una computadora, tal como son el conjunto de Julia y el de Mandelbrot, o incluso el triángulo de Sierpinski. Los fractales han sido estudiados con la idea de poder describir el comportamiento de fenómenos físicos, tal como es el movimiento browniano. Un típico ejemplo de este movimiento, es el que se observa con las macromoléculas del humo de cigarro, al encontrarse esparcidas aleatoriamente en el aire.
Una de las mayores revoluciones científicas, está por llegar, la teoría del casi todo, la que se basa en el modelo estándar. Este último modelo, es una teoría clasificada dentro de las teorías de campo cuántico relativista. Explicará muchos fenómenos del Universo, desde lo muy grande hasta lo muy pequeño. Apreciable lectora y lector, te invito a ver el siguiente video sobre, el modelo estándar de la materia:
Universidad Politécnica de Tulancingo. alfonso.padilla@upt.edu.mx
