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 cinco años más tarde, por la relatividad especial propuesta por Albert Einstein. Planck postuló 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 vienen a causar una revolución del pensamiento científico y dan pauta a un sin número de teorías posteriores, y también al desarrollo de nuevas tecnologías. 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).
Más tarde, en el año 1927, Louis Victor de Broglie es el primero en proponer una teoría basada en la naturaleza dual de la luz, esta última bajo ciertas condiciones experimentales, ya que la luz se comporta a veces como una onda y a veces como una partícula. Por lo que De Broglie reformula las leyes de Planck ya no en términos de energía, sino de momentum (momento), 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 le llamó, ondúsculo. Por otra parte, una ecuación que sirve para modelar la materia es la ecuación de Schrödinger, aunque realmente en esta ecuación, se asume que la materia tiene un comportamiento completamente ondulatorio.
Por su parte, Einstein retomó 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 publicó 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 de la materia en reposo, 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 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 Nanoelectrónica, la que viene facilitando una enorme cantidad de aplicaciones tecnológicas, tanto en comunicaciones como en el hogar y en entornos industriales. Una tecnología que despunto 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 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. La ecuación que gobierna en esta área del conocimiento, la conocida como mecánica de fluidos, es la ecuación diferencial de Navier-Stokes. Por cierto, esta ecuación no ha sido del todo resuelta, y es actualmente, 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 de todo el mundo para resolver este problema. Existe un premio de un millón de dólares a quien o quienes lo resuelvan. Las aplicaciones de la ecuación de Navier-Stokes se encuentran en la solución de problemas que se tienen en los modernos aviones de pasajeros, en submarinos muy rápidos y en los autos de la fórmula 1, los cuales se mueven a altas velocidades. En medicina, la misma ecuación es importante para estudiar y simular por computadora el flujo sanguíneo, tanto en venas como en arterias.
Existe una expresión matemática utilizada para determinar cuánta información hay en un mensaje 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 porque 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 de 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 en la naturaleza de 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 hechos con funciones matemáticas, que pueden ser visualizados en una computadora, como es 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 como el movimiento browniano. Un típico ejemplo de este movimiento, es el que se observa con las macromoléculas del humo de cigarro, al encontrarse éstas 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 de partículas elementales. 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.
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Universidad Politécnica de Tulancingo alfonso.padilla@upt.edu.mx
