Fsica

Este artculo trata sobre la disciplina acadmica. Para el tratado de Aristteles, vase Si he logrado ver ms lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes..Lafsica(dellat.physica, y este delgr. , neutro plural de, "naturaleza") es laciencianaturalque estudia las propiedades y el comportamiento de laenergay lamateria(como tambin cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma), as como altiempo, elespacioy lasinteraccionesde estos cuatro conceptos entre s.La fsica es una de las ms antiguas disciplinas acadmicas, tal vez la ms antigua, ya que laastronomaes una de sus disciplinas. En los ltimos dos milenios, la fsica fue considerada dentro de lo que ahora llamamosfilosofa,qumica, y ciertas ramas de lamatemticay labiologa, pero durante laRevolucin Cientficaen elsiglo XVIIsurgi para convertirse en una ciencia moderna, nica por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la fsica matemtica y laqumica cuntica, los lmites de la fsica siguen siendo difciles de distinguir.El rea se orienta al desarrollo de competencias de una cultura cientfica, para comprender nuestro mundo fsico, viviente y lograr actuar en l tomando en cuenta su proceso cognitivo, su protagonismo en el saber y hacer cientfico y tecnolgico, como el conocer, teorizar, sistematizar y evaluar sus actos dentro de la sociedad. De esta manera, contribuimos a la conservacin y preservacin de los recursos, mediante la toma de conciencia y una participacin efectiva y sostenida.La fsica es significativa e influyente, no slo debido a que los avances en la comprensin a menudo se han traducido en nuevas tecnologas, sino tambin a que las nuevas ideas en la fsica resuenan con las dems ciencias, las matemticas y la filosofa.La fsica no es slo unacienciaterica; es tambin una cienciaexperimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teora pueda realizar predicciones de experimentos futuros basados en observaciones previas. Dada la amplitud del campo de estudio de la fsica, as como su desarrollo histrico con relacin a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a laqumica, labiologay laelectrnica, adems de explicar sus fenmenos.La fsica, en su intento de describir los fenmenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a lmites impensables: el conocimiento actual abarca la descripcin departculas fundamentalesmicroscpicas, elnacimiento de las estrellasen eluniversoe incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteci en los primeros instantes delnacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.Esta tarea comenz hace ms de dos mil aos con los primeros trabajos defilsofosgriegos comoDemcrito,Eratstenes,Aristarco,EpicurooAristteles, y fue continuada despus porcientficoscomoGalileo Galilei,Isaac Newton,Leonhard Euler,Joseph-Louis de Lagrange,Michael Faraday,William Rowan Hamilton,Rudolf Clausius,James Clerk Maxwell,Hendrik Antoon Lorentz,Albert Einstein,Niels Bohr,Max Planck,Werner Heisenberg,Paul Dirac,Richard FeynmanyStephen Hawking, entre muchos otros.

Es conocido que la mayora de las civilizaciones de la antigedad trataron desde un principio de explicar el funcionamiento de su entorno; miraban las estrellas y pensaban cmo ellas podan regir su mundo. Esto llev a muchas interpretaciones de carcter ms filosfico que fsico; no en vano en esos momentos a la fsica se le llamabafilosofa natural. Muchos filsofos se encuentran en el desarrollo primigenio de la fsica, comoAristteles,Tales de MiletooDemcrito, por ser los primeros en tratar de buscar algn tipo de explicacin a los fenmenos que les rodeaban.1A pesar de que las teoras descriptivas del universo que dejaron estos pensadores eran erradas, estas tuvieron validez por mucho tiempo, casi dos mil aos, en parte por la aceptacin de laIglesia catlicade varios de sus preceptos, como lateora geocntricao las tesis de Aristteles.2Esta etapa, denominadaoscurantismoen la ciencia de Europa, termina cuando el cannigo y cientficoNicols Coprnico, considerado padre de laastronomamoderna, en 1543 recibe la primera copia de suDe Revolutionibus Orbium Coelestium. A pesar de que Coprnico fue el primero en formular teoras plausibles, es otro personaje al cual se le considera el padre de la fsica como la conocemos ahora. Un catedrtico de matemticas de laUniversidad de Pisaa finales delsiglo XVIcambiara la historia de la ciencia, empleando por primera vez experimentos para comprobar sus aseveraciones:Galileo Galilei. Mediante el uso deltelescopiopara observar el firmamento y sus trabajos enplanos inclinados, Galileo emple por primera vez elmtodo cientficoy lleg a conclusiones capaces de ser verificadas. A sus trabajos se les unieron grandes contribuciones por parte de otroscientficoscomoJohannes Kepler,Blaise PascalyChristian Huygens.2Posteriormente, en elsiglo XVIIun cientfico ingls reuni las ideas deGalileoyKepleren un solo trabajo, unifica las ideas del movimiento celeste y las de los movimientos en la Tierra en lo que l llamgravedad. En 1687,Isaac Newton, en su obraPhilosophiae Naturalis Principia Mathematica, formul los tresprincipiosdelmovimientoy una cuartaLey de la gravitacin universal, que transformaron por completo el mundo fsico; todos los fenmenos podan ser vistos de una manera mecnica.3El trabajo deNewtonen este campo perdura hasta la actualidad; todos los fenmenos macroscpicos pueden ser descritos de acuerdo a sustres leyes. Por eso durante el resto de ese siglo y el posteriorsiglo XVIIItodas las investigaciones se basaron en sus ideas. De ah que se desarrollaron otras disciplinas, como latermodinmica, laptica, lamecnica de fluidosy lamecnica estadstica. Los conocidos trabajos deDaniel Bernoulli,Robert BoyleyRobert Hooke, entre otros, pertenecen a esta poca.4En elsiglo XIXse produjeron avances fundamentales en laelectricidady elmagnetismo, principalmente de la mano deCharles-Augustin de Coulomb,Luigi Galvani,Michael FaradayyGeorg Simon Ohm, que culminaron en el trabajo deJames Clerk Maxwellde 1855, que logr la unificacin de ambas ramas en el llamadoelectromagnetismo. Adems, se producen los primeros descubrimientos sobreradiactividady el descubrimiento delelectrnpor parte deJoseph John Thomsonen1897.5Durante elsiglo XX, la fsica se desarroll plenamente. En 1904,Hantar Nagaokahaba propuesto el primer modelo deltomo,6el cual fue confirmado en parte porErnest Rutherforden 1911, aunque ambos planteamientos seran despus sustituidos por elmodelo atmico de Bohr, de 1913. En 1905, Einstein formul lateora de la relatividad especial, la cual coincide con lasleyes de Newtoncuando los fenmenos se desarrollan a velocidades pequeas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 extendi la teora de la relatividad especial, formulando lateora de la relatividad general, la cual sustituye a la Ley de gravitacin de Newton y la comprende en los casos de masas pequeas.Max Planck,Albert Einstein,Niels Bohry otros, desarrollaron lateora cuntica, a fin de explicar resultados experimentales anmalos sobre la radiacin de los cuerpos. En 1911,Ernest Rutherforddedujo la existencia de un ncleo atmico cargado positivamente, a partir de experiencias de dispersin de partculas. En 1925Werner Heisenberg, y en 1926Erwin SchrdingeryPaul Adrien Maurice Dirac, formularon lamecnica cuntica, la cual comprende las teoras cunticas precedentes y suministra las herramientas tericas para laFsica de la materia condensada.7Posteriormente se formul lateora cuntica de campos, para extender la mecnica cuntica de acuerdo con la Teora de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de la dcada de 1940, gracias al trabajo deRichard Feynman,Julian Schwinger,TomonagayFreeman Dyson, que formularon lateora de la electrodinmica cuntica. Esta teora form la base para el desarrollo de lafsica de partculas. En1954,Chen Ning YangyRobert Millsdesarrollaron las bases delmodelo estndar. Este modelo se complet en losaos 1970, y con l fue posible predecir las propiedades de partculas no observadas previamente, pero que fueron descubiertas sucesivamente, siendo la ltima de ellas elquark top.7Los intentos de unificar las cuatrointeracciones fundamentaleshan llevado a los fsicos a nuevos campos impensables. Las dos teoras ms aceptadas, lamecnica cunticay larelatividad general, que son capaces de describir con gran exactitud el macro y el micromundo, parecen incompatibles cuando se las quiere ver desde un mismo punto de vista. Por eso se han formulado nuevas teoras, como lasupergravedado lateora de cuerdas, donde se centran las investigaciones a inicios delsiglo XXI.Teoras centrales[editar]La fsica, en su bsqueda de describir la verdad ltima de lanaturaleza, tiene varias bifurcaciones, las cuales podran agruparse en cinco teorasprincipales: lamecnica clsica, que describe el movimiento macroscpico; elelectromagnetismo, que describe los fenmenos electromagnticos como laluz; larelatividad, formulada porEinstein, que describe elespacio-tiempoy lainteraccin gravitatoria; latermodinmica, que describe los fenmenos moleculares y de intercambio decalor; y, finalmente, lamecnica cuntica, que describe el comportamiento delmundo atmico.Mecnica clsica[editar]Artculo principal:Mecnica clsica

Girscopo, un dispositivo mecnico.Se conoce como mecnica clsica a la descripcin del movimiento de cuerpos macroscpicos a velocidades muy pequeas en comparacin con la velocidad de la luz. Existen dos tipos de formulaciones de esta mecnica, conocidas comomecnica newtonianaymecnica analtica.La mecnica newtoniana, como su nombre indica, lleva intrnsecos los preceptos deNewton. A partir de lastres ecuacionesformuladas por Newton y mediante elclculo diferencialeintegral, se llega a una muy exacta aproximacin de los fenmenos fsicos. Esta formulacin tambin es conocida como mecnicavectorial, y es debido a que a varias magnitudes se les debe definir suvectoren unsistema de referencia inercialprivilegiado.8La mecnica analtica es una formulacin matemtica abstracta sobre la mecnica; nos permite desligarnos de esossistemas de referenciaprivilegiados y tener conceptos ms generales al momento de describir un movimiento con el uso delclculo de variaciones. Existen dos formulaciones equivalentes: la llamadamecnica lagrangianaes una reformulacin de la mecnica realizada porJoseph Louis Lagrangeque se basa en la ahora llamada ecuacin de Euler-Lagrange (ecuaciones diferenciales de segundo orden) y el principio de mnima accin; la otra, llamadamecnica hamiltoniana, es una reformulacin ms terica basada en unafuncionalllamada hamiltoniano realizada porWilliam Hamilton. En ltima instancia las dos son equivalentes.8En la mecnica clsica en general se tienen tres aspectos invariantes: eltiempoes absoluto, la naturaleza realiza de forma espontnea lamnima acciny la concepcin de ununiverso determinado.Electromagnetismo[editar]Artculo principal:Electromagnetismo

Magnetsferaterrestre.Elelectromagnetismodescribe la interaccin de partculas cargadas concampos elctricosymagnticos. Se puede dividir enelectrosttica, el estudio de las interacciones entrecargasen reposo, y laelectrodinmica, el estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y laradiacin. La teora clsica del electromagnetismo se basa en lafuerza de Lorentzy en lasecuaciones de Maxwell.La electrosttica es el estudio de los fenmenos asociados a los cuerpos cargados en reposo. Como se describe por laley de Coulomb, estos cuerpos ejercen fuerzas entre s. Su comportamiento se puede analizar en trminos de la idea de un campo elctrico que rodea cualquier cuerpo cargado, de manera que otro cuerpo cargado colocado dentro del campo estar sujeto a unafuerzaproporcional a la magnitud de su carga y de la magnitud del campo en su ubicacin. El que la fuerza seaatractiva o repulsivadepende de lapolaridadde la carga. La electrosttica tiene muchas aplicaciones, que van desde el anlisis de fenmenos comotormentas elctricashasta el estudio del comportamiento de lostubos electrnicos.La electrodinmica es el estudio de los fenmenos asociados a los cuerpos cargados en movimiento y a los campos elctricos y magnticos variables. Dado que una carga en movimiento produce un campo magntico, la electrodinmica se refiere a efectos tales como el magnetismo, laradiacin electromagntica, y lainduccin electromagntica, incluyendo las aplicaciones prcticas, tales como elgenerador elctricoy elmotor elctrico. Esta rea de la electrodinmica, conocida como electrodinmica clsica, fue sistemticamente explicada porJames Clerk Maxwell, y las ecuaciones de Maxwell describen los fenmenos de esta rea con gran generalidad. Una novedad desarrollada ms reciente es laelectrodinmica cuntica, que incorpora las leyes de lateora cunticaa fin de explicar la interaccin de la radiacin electromagntica con lamateria.Paul Dirac,HeisenbergyWolfgang Paulifueron pioneros en la formulacin de la electrodinmica cuntica. Laelectrodinmicaes inherentemente relativista y da unas correcciones que se introducen en la descripcin de los movimientos de las partculas cargadas cuando sus velocidades se acercan a lavelocidad de la luz. Se aplica a los fenmenos involucrados conaceleradores de partculasy con tubos electrnicos funcionando a altas tensiones y corrientes.El electromagnetismo abarca diversos fenmenos del mundo real como por ejemplo, laluz. La luz es uncampo electromagnticooscilante que se irradia desde partculas cargadas aceleradas. Aparte de la gravedad, la mayora de las fuerzas en la experiencia cotidiana son consecuencia de electromagnetismo.Los principios del electromagnetismo encuentran aplicaciones en diversas disciplinas afines, tales como lasmicroondas,antenas,mquinas elctricas, comunicaciones porsatlite,bioelectromagnetismo,plasmas,investigacin nuclear, lafibra ptica, la interferencia y la compatibilidad electromagnticas, la conversin de energa electromecnica, lameteorologaporradar, y la observacin remota. Los dispositivos electromagnticos incluyentransformadores,rels,radio/TV,telfonos, motores elctricos, lneas de transmisin, guas de onda,fibras pticasylseres.

Espectro electromagntico.Vase tambin:pticaRelatividad[editar]Artculo principal:Teora de la relatividad

Dibujo artstico acerca de una prueba realizada con alta precisin por la sondaCassinial enviar seales a la tierra y al describir la trayectoria predicha.La relatividad es la teora formulada principalmente porAlbert Einsteina principios delsiglo XX, y se divide en dos cuerpos de investigacin: larelatividad especialy larelatividad general.En la teora de la relatividad especial, Einstein,LorentzyMinkowski, entre otros, unificaron los conceptos deespacioytiempo, en un ramado tetradimensional al que se le denominespacio-tiempo. La relatividad especial fue una teora revolucionaria para su poca, con la que el tiempo absoluto de Newton qued relegado y conceptos como la invariabilidad en lavelocidad de la luz, ladilatacin del tiempo, lacontraccin de la longitudy laequivalencia entre masa y energafueron introducidos. Adems, con las formulaciones de la relatividad especial, lasleyes de la Fsicason invariantes en todos lossistemas de referencia inerciales; como consecuencia matemtica, se encuentra como lmite superior de velocidad a la de la luz y se elimina lacausalidaddeterminista que tena la fsica hasta entonces. Hay que indicar que las leyes del movimiento de Newton son un caso particular de esta teora donde lamasa, al viajar a velocidades muy pequeas, no experimenta variacin alguna en longitud ni se transforma en energa, y al tiempo se le puede considerar absoluto.Por otro lado, larelatividad generalestudia lainteraccin gravitatoriacomo una deformacin en la geometra delespacio-tiempo. En esta teora se introducen los conceptos de lacurvatura del espacio-tiempocomo la causa de la interaccin gravitatoria, elprincipio de equivalenciaque dice que para todos los observadores locales inerciales las leyes de la relatividad especial son invariantes y la introduccin del movimiento de un partcula por lneasgeodsicas. La relatividad general no es la nica teora que describe la atraccin gravitatoria, pero es la que ms datos relevantes comprobables ha encontrado. Anteriormente, a la interaccin gravitatoria se la describa matemticamente por medio de una distribucin demasas, pero en esta teora no solo la masa percibe esta interaccin, sino tambin laenerga, mediante la curvatura del espacio-tiempo, y es por eso que se necesita otro lenguaje matemtico para poder describirla, elclculo tensorial. Muchos fenmenos, como la curvatura de la luz por accin de la gravedad y la desviacin en larbitadeMercurio, son perfectamente predichos por esta formulacin. La relatividad general tambin abri otro campo de investigacin en la fsica, conocido comocosmologa, y es ampliamente utilizado en laastrofsica.9Termodinmica y mecnica estadstica[editar]Artculos principales:TermodinmicayMecnica Estadstica.

Transferencia decalorporconveccin.Latermodinmicatrata los procesos detransferencia de calor, que es una de las formas deenerga, y cmo se puede realizar untrabajocon ella. En esta rea se describe cmo la materia en cualquiera de susfases(slido,lquido,gaseoso) va transformndose. Desde un punto de vista macroscpico de la materia, se estudia como sta reacciona a cambios en suvolumen,presinytemperatura, entre otras magnitudes. La termodinmica se basa encuatro leyes principales: el equilibrio termodinmico (o ley cero), el principio deconservacin de la energa(primera ley), el aumento temporal de laentropa(segunda ley) y la imposibilidad del cero absoluto (tercera ley).10Una consecuencia de la termodinmica es lo que hoy se conoce comomecnica estadstica. Esta rama estudia, al igual que la termodinmica, los procesos de transferencia de calor, pero, al contrario a la anterior, desde un punto de vistamolecular. La materia, como se conoce, est compuesta por molculas, y el conocer el comportamiento de una sola de sus molculas nos lleva a medidas errneas. Es por eso que se debe tratar como un conjunto de elementoscaticosoaleatorios, y se utiliza el lenguajeestadsticoy consideraciones mecnicas para describir comportamientos macroscpicos de este conjunto molecular microscpico.11Mecnica cuntica[editar]Artculo principal:Mecnica cuntica

Esquema de una funcin de onda monoelectrnica uorbitalen tres dimensiones.La mecnica cuntica es la rama de la fsica que trata lossistemas atmicosy subatmicos, y sus interacciones con la radiacin electromagntica, en trminos de cantidadesobservables. Se basa en la observacin de que todas las formas deenergase liberan en unidades discretas o paquetes llamadoscuantos. Sorprendentemente, lateora cunticaslo permite normalmente clculosprobabilsticosoestadsticosde las caractersticas observadas de laspartculas elementales, entendidos en trminos de funciones de onda. Laecuacin de Schrdingerdesempea el papel en la mecnica cuntica que lasleyes de Newtony laconservacin de la energahacen en la mecnica clsica. Es decir, la prediccin del comportamiento futuro de un sistema dinmico, y es una ecuacin de onda en trminos de unafuncin de ondala que predice analticamente la probabilidad precisa de los eventos o resultados.En teoras anteriores de la fsica clsica, la energa era tratada nicamente como un fenmeno continuo, en tanto que la materia se supone que ocupa una regin muy concreta delespacioy que se mueve de manera continua. Segn la teora cuntica, la energa se emite y se absorbe en cantidades discretas y minsculas. Un paquete individual de energa, llamado cuanto, en algunas situaciones se comporta como unapartculade materia. Por otro lado, se encontr que las partculas exponen algunas propiedades ondulatorias cuando estn en movimiento y ya no son vistas como localizadas en una regin determinada, sino ms bien extendidas en cierta medida. La luz u otra radiacin emitida o absorbida por untomoslo tiene ciertasfrecuencias(olongitudes de onda), como puede verse en lalnea del espectroasociado alelemento qumicorepresentado por tal tomo. La teora cuntica demuestra que tales frecuencias corresponden a niveles definidos de los cuantos de luz, ofotones, y es el resultado del hecho de que los electrones del tomo slo pueden tener ciertos valores de energa permitidos. Cuando unelectrnpasa de un nivel permitido a otro, una cantidad de energa es emitida o absorbida, cuya frecuencia es directamente proporcional a la diferencia de energa entre los dos niveles.

Esquema de un orbital en dos dimensiones.El formalismo de la mecnica cuntica se desarroll durante ladcada de 1920. En 1924,Louis de Brogliepropuso que, al igual que las ondas de luz presentan propiedades de partculas, como ocurre en elefecto fotoelctrico, las partculas, a su vez, tambin presentan propiedadesondulatorias. Dos formulaciones diferentes de la mecnica cuntica se presentaron despus de la sugerencia de Broglie. En 1926, lamecnica ondulatoriadeErwin Schrdingerimplica la utilizacin de una entidad matemtica, lafuncin de onda, que est relacionada con la probabilidad de encontrar una partcula en un punto dado en el espacio. En 1925, lamecnica matricialdeWerner Heisenbergno hace mencin alguna de las funciones de onda o conceptos similares, pero ha demostrado ser matemticamente equivalente a la teora de Schrdinger. Un descubrimiento importante de la teora cuntica es elprincipio de incertidumbre, enunciado por Heisenberg en 1927, que pone un lmite terico absoluto en la precisin de ciertas mediciones. Como resultado de ello, la asuncin clsica de los cientficos de que el estado fsico de un sistema podra medirse exactamente y utilizarse para predecir los estados futuros tuvo que ser abandonada. Esto supuso una revolucin filosfica y dio pie a numerosas discusiones entre los ms grandes fsicos de la poca.La mecnica cuntica se combin con la teora de la relatividad en la formulacin dePaul Diracde1928, lo que, adems, predijo la existencia deantipartculas. Otros desarrollos de la teora incluyen la estadstica cuntica, presentada en una forma por Einstein y Bose (laestadstica de Bose-Einstein) y en otra forma por Dirac yEnrico Fermi(laestadstica de Fermi-Dirac), laelectrodinmica cuntica, interesada en la interaccin entre partculas cargadas y los campos electromagnticos, su generalizacin, lateora cuntica de camposy laelectrnica cuntica.El descubrimiento de la mecnica cuntica a principios delsiglo XXrevolucion la fsica, y la mecnica cuntica es fundamental para la mayora de las reas de la investigacin actual.Conceptos fsicos fundamentales[editar]Artculo principal:Anexo:Conceptos fsicos fundamentalesEn general un concepto fsico es interpretable slo en virtud de la teora fsica donde aparece. As la descripcin clsica de un gas o un fluido recurre al concepto demedio continuoan cuando en realidad la materia est formada por tomos discretos, eso no impide que el concepto de medio continuo en el contexto de aplicacin de lamecnica de fluidoso lamecnica de slidos deformablesno sea til. Igualmente la mecnica newtoniana trata el campo gravitatorio como un campo de fuerzas, pero por otra parte la teora de la relatividad general considera que no existen genuinamente fuerzas gravitatorias sino que los fenmenos gravitatorios son una manifestacin de lacurvatura del espacio-tiempo.Si se examina una lista larga de conceptos fsicos rpidamente se aprecia que muchos de ellos slo tienen sentido o son definibles con todo rigor en el contexto de una teora concreta y por tanto no son conceptos fundamentales que deban aparecer en cualquier descripcin fsica del universo. Sin embargo, un conjunto reducido de conceptos fsicos aparecen tanto en la descripcin de la fsica clsica, como en la descripcin de la fsica relativista y la de la mecnica cuntica. Estos conceptos fsicos que parecen necesarios en cualquier teora fsica suficientemente amplia son los llamadosconceptos fsicos fundamentales, una lista no exhaustiva de los mismos podra ser:Conceptos fundamentales de la fsica

Magnitudes fsicasEnergaEnerga cinticaMomentumMomentum angularMasaCarga elctricaEntropa

Tipos de entidades fsicas:Materiapartculacampoondaespacio-tiempoobservadorEspacioTiempoPosicin

Construcciones tericas fundamentales:LagrangianoAccinEcuaciones de Euler-LagrangeEcuacin de movimientoEstado fsicoLey de conservacin

reas de investigacin[editar]Fsica terica[editar]Artculo principal:Fsica terica

Esquema de lateora de cuerdas.La cultura de la investigacin en fsica en los ltimos tiempos se ha especializado tanto que ha dado lugar a una separacin de los fsicos que se dedican a la teora y otros que se dedican a los experimentos. Los tericos trabajan en la bsqueda de modelos matemticos que expliquen los resultados experimentales y que ayuden a predecir resultados futuros. As pues, teora y experimentos estn relacionados ntimamente. El progreso en fsica a menudo ocurre cuando un experimento encuentra un resultado que no se puede explicar con las teoras actuales, por lo que hay que buscar un nuevo enfoque conceptual para resolver el problema.La fsica terica est muy relacionada con lasmatemticas, ya que sta suministra el lenguaje usado en el desarrollo de las teoras fsicas. Los tericos confan en elclculo diferencialeintegral, elanlisis numricoy en simulaciones por ordenador para validar y probar sus modelos fsicos. Los campos defsica computacionaly matemtica son reas de investigacin activas.Los tericos pueden concebir conceptos tales comouniversos paralelos, espacios multidimensionales ominsculas cuerdasque vibran o la teora del todo, y a partir de ah, realizar hiptesis fsicas.Materia condensada[editar]Artculo principal:Materia condensada

Efecto Meissner, un ejemplo desuperconductividad.La fsica de la materia condensada se ocupa de las propiedades fsicas macroscpicas de la materia, tales como ladensidad, latemperatura, ladureza, o elcolorde un material. Los materiales consisten en un gran nmero de tomos o molculas que interactan entre ellos, por lo que estn "condensados", a diferencia de estar libres sin interactuar. La fsica de la materia condensada busca hacer relaciones entre las propiedades macroscpicas, que se pueden medir, y el comportamiento de sus constituyentes a nivel microscpico o atmico y as comprender mejor las propiedades de los materiales.Las fases "condensadas" ms comunes sonslidosylquidos, que surgen delenlace qumicoentre los tomos, debido a lainteraccin electromagntica. Fases ms exticas son lossuperfluidos, loscondensados de Bose-Einsteinencontrados en ciertos sistemas atmicos a muy bajas temperaturas, la fasesuperconductorade los electrones de conduccin de ciertos materiales, y las fasesferromagnticasyantiferromagnticasde losespinesen lasredes atmicas.La fsica de lamateria condensadaes el campo de la fsica contempornea ms extenso y que involucra a un mayor nmero de fsicos. Histricamente, la fsica de la materia condensada surgi de la fsica de estado slido, que se considera en la actualidad uno de sus principales subcampos. La expresin fsica de la materia condensada aparentemente fue acuada porPhilip Andersoncuando renombr en 1967 su grupo de investigacin, anteriormente llamado de teora del estado slido. La fsica de la materia condensada tiene una gran superposicin con laqumica, laciencia de materiales, lananotecnologay laingeniera.Fsica atmica y molecular[editar]Artculos principales:Fsica atmicayFsica molecular.

Estructura deldiamante.La fsica atmica y molecular se centran en el estudio de las interacciones materia-materia y luz-materia en la escala de tomos individuales o estructuras que contienen unos pocos tomos. Ambas reas se agrupan debido a su interrelacin, la similitud de los mtodos utilizados, as como el carcter comn de las escalas de energa relevantes a sus investigaciones. A su vez, ambas incluyen tratamientos tanto clsicos como cunticos, ya que pueden tratar sus problemas desde puntos de vista microscpicos y macroscpicos.La investigacin actual en fsica atmica se centra en actividades tales como el enfriamiento y captura de tomos e iones, lo cual es interesante para eliminar "ruido" en las medidas y evitar imprecisiones a la hora de realizar otros experimentos o medidas (por ejemplo, en losrelojes atmicos), aumentar la precisin de las mediciones deconstantes fsicas fundamentales, lo cual ayuda a validar otras teoras como larelatividado elmodelo estndar, medir los efectos de correlacin electrnica en la estructura y dinmica atmica, y la medida y comprensin del comportamiento colectivo de los tomos de gases que interactan dbilmente (por ejemplo, en uncondensado de Bose-Einsteinde pocos tomos).La fsica molecular se centra en estructurasmolecularesy sus interacciones con la materia y con la luz.Fsica de partculas o de altas energas y Fsica nuclear[editar]Artculo principal:Fsica de partculas

Ilustracin de unadesintegracin alfa.La fsica de partculas es la rama de la fsica que estudia los componentes elementales de la materia y las interacciones entre ellos como si stas fueran partculas. Es llamada tambinfsica de altas energas, pues muchas de las partculas elementales no se encuentran en la naturaleza y es necesario producirlas en colisiones de alta energa entre otras partculas, como se hace en losaceleradores de partculas. Los principales centros de estudio sobre partculas son el Laboratorio Nacional Fermi oFermilab, enEstados Unidos, y el Centro Europeo para la Investigacin Nuclear oCERN, en la frontera entreSuizayFrancia. En estos laboratorios lo que se logra es obtener energas similares a las que se cree existieron en elBig Bang, y as se intenta tener cada vez ms pruebas delorigen del universo.12En la actualidad, las partculas elementales se clasifican siguiendo el llamadoModelo Estndaren dos grandes grupos:bosonesyfermiones. Los bosones son las partculas que interactan con la materia y los fermiones son las partculas constituyentes de la materia. En el modelo estndar se explica cmo lasinteracciones fundamentalesen forma de partculas (bosones) interactan con las partculas de materia (fermiones). As, elelectromagnetismotiene su partcula llamadafotn, la interaccin nuclear fuerte tiene alglun, la interaccin nuclear dbil a losbosones W y Zy la gravedad a una partcula hipottica llamadagravitn. Entre los fermiones hay ms variedad; se encuentran dos tipos: losleptonesy losquarks. En conjunto, el modelo estndar contiene 24 partculas fundamentales que constituyen la materia (12 pares de partculas/anti-partculas) junto con tres familias debosones de gaugeresponsables de transportar las interacciones.13La Fsica Nuclear es el campo de la Fsica que estudia los constituyentes del ncleo atmico y sus interacciones. Las aplicaciones ms conocidas de la fsica nuclear son la tecnologa de generacin de energa y armamento, pero el campo ha dado lugar a aplicaciones en diversos campos, incluyendo medicina nuclear e imgenes por resonancia magntica, ingeniera de implantacin de iones en materiales y datacin por radiocarbono en geologa y arqueologa.Astrofsica[editar]Artculos principales:AstrofsicayAstronoma.

Ilustracin de cmo podra verse unagujero negrosupermasivo.La astrofsica y la astronoma son ciencias que aplican las teoras y mtodos de otras ramas de la fsica al estudio de los objetos que componen nuestro variadouniverso, tales comoestrellas,planetas,galaxiasyagujeros negros. La astronoma se centra en la comprensin de los movimientos de los objetos, mientras que,grosso modo, la astrofsica busca explicar su origen, su evolucin y su comportamiento. Actualmente los trminos astrofsica y astronoma se suelen usar indistintamente para referirse al estudio del universo.Esta rea, junto a la fsica de partculas, es una de las reas ms estudiadas y ms apasionantes del mundo contemporneo de la fsica. Desde que eltelescopio espacial Hubblenos brind detallada informacin de los ms remotos confines deluniverso, los fsicos pudieron tener una visin ms objetiva de lo que hasta ese momento eran solo teoras.14Debido a que la astrofsica es un campo muy amplio, los astrofsicos aplican normalmente muchas disciplinas de la fsica, incluida la mecnica, el electromagnetismo, la mecnica estadstica, la termodinmica, la mecnica cuntica, la relatividad, la fsica nuclear y de partculas, y la fsica atmica y molecular. Adems, la astrofsica est ntimamente vinculada con lacosmologa, que es el rea que pretende describir elorigen del universo.15Biofsica[editar]Artculo principal:Biofsica

La biofsica podra describir fsicamente lo que ocurre en nuestrocerebro.La biofsica es un rea interdisciplinaria que estudia labiologaaplicando los principios generales de la fsica. Al aplicar el carcterprobabilsticode lamecnica cunticaasistemas biolgicos, obtenemos mtodos puramente fsicos para la explicacin de propiedades biolgicas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es nicamente en direccin a la biologa, ya que sta se ha ido enriqueciendo de los conceptos fsicos y no viceversa.16Esta rea est en constante crecimiento. Se estima que durante los inicios del siglo XXI cada vez la confluencia defsicos,bilogosyqumicosa los mismos laboratorios se incrementar. Los estudios enneurociencia, por ejemplo, han aumentado y cada vez han tenido mayores frutos desde que se comenz a implementar las leyes delelectromagnetismo, lapticay lafsica molecularal estudio de las

Lamecnica clsicaes la ciencia que estudia las leyes del comportamiento de cuerpos fsicos macroscpicos en reposo y a velocidades pequeas comparadas con lavelocidad de la luz.Existen varias formulaciones diferentes, en mecnica clsica, para describir un mismo fenmeno natural que, independientemente de los aspectos formales y metodolgicos que utilizan, llegan a la misma conclusin. Lamecnica vectorial, deviene directamente de lasleyes de Newton, por eso tambin se le conoce como mecnica newtoniana. Es aplicable a cuerpos que se mueven en relacin a un observador a velocidades pequeas comparadas con la de la luz. Fue construida en un principio para una sola partcula movindose en un campo gravitatorio. Se basa en el tratamiento de dos magnitudes vectoriales bajo una relacin causal: lafuerzay la accin de la fuerza, medida por la variacin delmomentum (cantidad de movimiento). El anlisis y sntesis de fuerzas y momentos constituye el mtodo bsico de la mecnica vectorial. Requiere del uso privilegiado desistemas de referencia inercial. Lamecnica analtica(analtica en el sentido matemtico de la palabra y no filosfico). Sus mtodos son poderosos y trascienden de la Mecnica a otros campos de la fsica. Se puede encontrar el germen de la mecnica analtica en la obra deLeibnizque propone para solucionar los problemas mecnicos otras magnitudes bsicas (menos oscuras segn Leibniz que la fuerza y el momento deNewton), pero ahoraescalares, que son: laenerga cinticay eltrabajo. Estas magnitudes estn relacionadas de forma diferencial. La caracterstica esencial es que, en la formulacin, se toman como fundamentos primeros principios generales (diferenciales e integrales), y que a partir de estos principios se obtengan analticamente las ecuaciones de movimiento.ndice[ocultar] 1Aproximaciones de la mecnica clsica 1.1Aproximacin emprica 1.2Aproximacin analtica 1.3Ambas aproximaciones 2Principios bsicos e invariantes 3Mecnica newtoniana 4Mecnica analtica 4.1Mecnica lagrangiana 4.2Mecnica hamiltoniana 5Mecnica relativista y mecnica cuntica 6Vase tambin 7Referencias 7.1BibliografaAproximaciones de la mecnica clsica[editar]La mecnica clsica fue concebida como un sistema que permitiera explicar adecuadamente elmovimientode los cuerpos relacionndolo con las causas que los originan, es decir, las fuerzas. La mecnica clsica busca hacer una descripcin tantocualitativa( qu y cmo ocurre? ), comocuantitativa( en qu cantidad ocurre?) del fenmeno en cuestin. En este sentido, la ciencia mecnica podra ser construida desde dos aproximaciones alternativas: la aproximacin emprica la aproximacin analticaAproximacin emprica[editar]Es aquella fundamentada en la experimentacin, esto es, en la observacin controlada de un aspecto previamente elegido del medio fsico. Un ejemplo puede ayudar a entender este punto: Si dejamos caer una pelota degolfdesde cierta altura y partiendo del reposo, podemos medir experimetalmente la velocidad que adquiere la pelota para diferentes instantes. Si despreciamos los efectos de lafriccin del aire, podremos constatar que, dentro de las inevitables incertidumbres inherentes a las mediciones, la relacin de velocidad (v) contra tiempo (t) se ajusta bastante bien a la funcin lineal de la forma:

dondegrepresenta el valor de laaceleracin de la gravedad(9,81 m/s, a nivel del mar y 45 grados de latitud). As, esta es la aproximacin emprica o experimental al fenmeno mecnico estudiado, es decir, lacada librede un cuerpo.Aproximacin analtica[editar]En este caso se parte de una premisa bsica (experimentalmente verificable) y, con la ayuda de las herramientas aportadas porclculo infinitesimal, se deducen ecuaciones y relaciones entre las variables implicadas. Si volvemos al ejemplo anterior: Es un hecho de naturaleza experimental, que cuando se deja caer un cuerpo, la aceleracin con la que desciende (si se ignora la friccin del aire) es constante e igual ag= 9,81 m/s. Por otra parte, se sabe que laaceleracin(en este caso,g) se define matemticamente como la derivada de la velocidad respecto del tiempo:

Por tanto, si se integra estaecuacin diferencial, sabiendo que en el inicio del movimiento (t= 0) la velocidad es nula (v= 0 ), se llega de nuevo a la expresin:

As, esta la aproximacin analtica o terica al tema en discusin.Ambas aproximaciones[editar]La aproximacinempricaestablece relaciones entre variables de inters mediante la bsqueda de dependencias o relaciones matemticas, a partir de resultados experimetales. La aproximacinanalticaestablece relaciones entre variables de inters a partir de premisas y de las herramientas que proporciona elclculo.As, se busca derivar conclusiones y expresiones tiles a partir delrazonamiento deductivoy elformalismo matemtico. Si se extrema este argumento, la Mecnica Racional podra ser considerada una rama de lasmatemticas, donde se juega con relaciones entre variables fsicas, y se obtienen a partir de ellas ecuaciones tiles y aplicaciones prcticas.Principios bsicos e invariantes[editar]Artculos principales:Determinismo cientfico#El determinismo de la mecnica clsicayCausalidad (fsica).

Trayectoria de una partcula y suposicinen funcin del tiempo.Los principios bsicos de la mecnica clsica son los siguientes:1. El Principio de Hamilton oprincipio de mnima accin(del cual lasleyes de Newtonson una consecuencia).2. La existencia de untiempo absoluto, cuya medida es igual para cualquierobservadorcon independencia de su grado de movimiento.3. El estado de una partcula queda completamentedeterminadosi se conoce su cantidad de movimiento y posicin siendo estas simultneamente medibles. Indirectamente, este enunciado puede ser reformulado por elprincipio de causalidad. En este caso se habla depredictibilidadtericamente infinita: matemticamente si en un determinado instante se conocieran (con precisin infinita) las posiciones y velocidades de un sistema finito de N partculas tericamente pueden ser conocidas las posiciones y velocidades futuras, ya que en principio existen las funciones vectorialesque proporcionan las posiciones de las partculas en cualquier instante de tiempo. Estas funciones se obtienen de unas ecuaciones generales denominadasecuaciones de movimientoque se manifiestan de forma diferencial relacionando magnitudes y sus derivadas. Las funcionesse obtienen por integracin, una vez conocida la naturaleza fsica del problema y las condiciones iniciales.Es interesante notar que enmecnica relativistael supuesto (2) es inaceptable aunque s son aceptables los supuestos (1) y (3). Por otro lado, enmecnica cunticano es aceptable el supuesto (3) (en la mecnica cuntica relativista ni el supuesto (2) ni el (3) son aceptables).

Aunque la mecnica clsica y en particular lamecnica newtonianaes adecuada para describir la experiencia diaria (con eventos que suceden a velocidades muchsimo menores que lavelocidad de la luzy a escalamacroscpica), debido a la aceptacin de estos tres supuestos tan restrictivos como (1), (2) y (3), no puede describir adecuadamente fenmenos electromagnticos con partculas en rpido movimiento, ni fenmenos fsicosmicroscpicosque suceden a escala atmica.Sin embargo, esto no es un demrito de la teora ya que la simplicidad de la misma se combina con la adecuacin descriptiva para sistemas cotidianos como:cohetes, movimiento deplanetas,molculas orgnicas,trompos,trenesytrayectoriasde mviles macroscpicos en general. Para estos sistemas cotidianos es muy complicado siquiera describir sus movimientos en trminos de la teoras ms generales como: Lamecnica relativista, que va ms all de la mecnica clsica y trata con objetos movindose avelocidadesrelativamente cercanas a lavelocidad de la luz). En mecnica relativista siguen siendo vlidos lossupuestos bsicos1 y 3 aunque no el 2. Lamecnica cunticaque trata con sistemas de reducidas dimensiones (a escala semejante a la atmica), y lateora cuntica de campos(ver tb.campo) trata con sistemas que exhiben ambas propiedades. En mecnica cuntica son vlidos los supuestos bsicos 1 y 2, pero no el 3. Mientras que en teora cuntica de campos slo se mantiene el supuesto 1.Mecnica newtoniana[editar]Artculo principal:Mecnica newtonianaLa mecnica newtoniana o mecnica vectorial es una formulacin especfica de la mecnica clsica que estudia el movimiento de partculas y slidos en un espacio eucldeo tridimensional. Aunque la teora es generalizable, la formulacin bsica de la misma se hace en sistemas de referencia inerciales donde las ecuaciones bsicas del movimiento se reducen a las Leyes de Newton, en honor a Isaac Newton quien hizo contribuciones fundamentales a esta teora.En mecnica vectorial precisamos de tres ecuaciones escalares, o una ecuacin vectorial, para el caso ms simple de una sola partcula:

y en el caso de sistemas formados por N partculas puntuales, el nmero de ecuaciones escalares es igual a 3N. En mecnica newtoniana tambin pueden tratarse losslidos rgidosmediante una ecuacin vectorial para el movimiento de traslacin del slido y otra ecuacin vectorial para el movimiento de rotacin del slido:

Estas ecuaciones constituyen la base de partida de lamecnica del slido rgido.Mecnica analtica[editar]Artculo principal:Mecnica analticaLa mecnica analtica es una formulacin ms abstracta y general, que permite el uso en igualdad de condiciones de sistemas inerciales o no inerciales sin que, a diferencia de las leyes de Newton, la forma bsica de las ecuaciones cambie. La mecnica analtica tiene, bsicamente dos formulaciones: laformulacin lagrangianay laformulacin hamiltoniana. Las dos llegan bsicamente a los mismo resultados fsicos, aunque la eleccin del enfoque puede depender del tipo de problema.El germen de la mecnica analtica puede encontrarse en los trabajos deLeibnizy en la definicin de dos magnitudesescalaresbsicas: laenerga cinticay eltrabajo. Estas magnitudes estn relacionadas de forma diferencial por la ecuacin delprincipio de fuerzas vivas:

Una propiedad notable de este principio es que siendo el movimiento general un fenmeno en varias dimensiones, parece misterioso que con dos magnitudes escalares relacionadas mediante una sola ecuacin diferencial, podamos predecir la evolucin de los sistemas mecnicos (en la mecnica vectorial precisamos deecuaciones siendoel nmero de partculas).Aunque las formulaciones lagrangiana y hamiltoniana son esencialmente equivalentes, siendo ms conveniente un enfoque u otro segn el objeto del anlisis. Formalmente cabe sealar que la mecnica lagrangiana describe el movimiento de un conjunto deNpartculas puntuales mediante coordenadas generales sobre elfibrado tangentedel llamadoespacio de configuracinmediante un sistema deNecuaciones diferenciales ordinarias de segundo orden. En cambio en mecnica hamiltoniana el movimiento se describe mediante 2Necuaciones diferenciales de primer orden sobre una variedad simplctica formada a partir del fibrado tangente mencionado. El conjunto de transformaciones de coordenadas que permitan resolver el problema es ms amplio en mecnica hamiltoniana.Mecnica lagrangiana[editar]Artculo principal:Mecnica lagrangianaLa mecnica lagrangiana tiene la ventaja de ser suficientemente general como para que las ecuaciones de movimiento sean invariantes respecto a cualquier cambio de coordenadas. Eso permite trabajar consistema de referencia inercialeso no-inerciales en pie de igualdad.Para un sistema dengrados de libertad, la mecnica lagrangiana proporciona un sistema denecuaciones diferenciales ordinarias de segundo orden, llamadasecuaciones del movimientoque permiten conocer como evolucionar el sistema. La forma explcita de las ecuaciones tiene la forma:(*)Dondees la expresin delagrangianoen el sistema de coordenadas generalizadas. Aunque en general la integracin del sistema de ecuaciones (*) no es sencilla, resulta de gran ayuda reducir el nmero de coordenadas del problema buscando magnitudes conservadas, es decir,magnitudesque no varan a lo largo del tiempo. Las magnitudes conservadas tambin se suelen llamarintegrales del movimientoy suelen estar asociadas aleyes de conservacincomunes.En mecnica lagrangiana existe un modo muy elegante de buscar integrales de movimiento a partir delteorema de Noether. De acuerdo con este teorema cuando un lagrangiano es invariante bajo ungrupo de simetra uniparamtricoentonces cualquier generador dellgebra de Lieasociada a ese grupo uniparmtrico es proporcional a una magnitud conservada: As cuando un problema fsico tiene algn tipo desimetra rotacional, su lagrangiano es invariante bajo algn grupo de rotacin y tenemos que se conserva elmomento angular. Cuando un problema fsico presenta simetra traslacional, es decir, cuando las fuerzas que actan sobre un sistema de partculas son idnticas en cualquier posicin a lo largo de una lnea, tenemos que en esa direccin se conserva elmomento lineal. La ley de conservacin de la energa est asociada a una simetra de traslacin en el tiempo. Cuando las ecuaciones bsicas de un sistema son iguales en todos los instantes del tiempo y los parmetros que determinan el problema no dependen del tiempo, entonces la energa de dicho sistema se conserva.La mecnica lagrangiana puede generalizarse de forma muy abstracta e incluso ser usada en problemas fuera de la fsica (como en el problema de determinar lasgeodsicasde unavariedad de Riemann). En esa forma abstracta la mecnica lagrangina se construye como unsistema dinmicosobre elfibrado tangentede ciertoespacio de configuracinaplicndose diversos teoremas y temas de lageometra diferencial.Mecnica hamiltoniana[editar]Artculo principal:Mecnica hamiltoniana

Espacio de fasesde un pndulo forzado. El sistema se hace catico.La mecnica hamiltoniana es similar, en esencia, a la mecnica lagrangiana, aunque describe la evolucin temporal de un sistema mediante ecuaciones diferenciales de primer orden, lo cual permite integrar ms fcilmente las ecuaciones de movimiento. En suforma cannicalas ecuaciones de Hamilton tienen la forma:

DondeHes la funcin de Hamilton o hamiltoniano, yson los pares de coordenadas cannicas conjugadas del problema. Usualmente las variables tipoqise interpretan comocoordenadas generalizadasde posicin y laspicomo momentos asociados a las velocidades.Sin embargo, una caracterstica notable de la mecnica hamiltoniana es que trata en pie de igualdad los grados de libertad asociados a la posicin y a la velocidad de una partcula. De hecho en mecnica hamiltoniana no podemos distinguir formalmente entre coordenadas generalizadas de posicin y coordenadas generaliadas de momento. De hecho se puede hacer un cambio de coordenadas en que las posiciones queden convertidas en momentos y los momentos en posiciones. Como resultado de esta descripcin igualitaria entre momentos y posiciones la mecnica hamiltoniana admite transformaciones de coordenadas mucho ms generales que la mecnica lagrangiana. Esa mayor libertad en escoger coordenadas generalizadas se traduce en una mayor capacidad para poder integrar las ecuaciones de movimiento y determinar propiedades de las trayectorias de partculas.Una generalizacin de la mecnica hamiltoniana es la geometra simplctica, en esa forma la mecnica hamiltoniana es usada para resolver problemas no fsicos, incluso para la matemtica bsica. Algunas generalizaciones y regeneralizaciones de la mecnica hamiltoniana son: Lageometra simplctica Lageometra de contactoque propiamente es una generalizacin de la anterior. Lamecnica de Nambuque es una especie de mecnica hamiltoniana con varios hamiltonianos simultneos

Lamecnica cunticadescribe, en suvisin ms ortodoxa, cmo en cualquier sistema fsico y por tanto, en todo eluniverso existe una diversa multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido descritos mediante ecuaciones matemticas por los fsicos, son denominadosestados cunticos. De esta forma la mecnica cuntica puede explicar la existencia deltomoy revelar los misterios de laestructura atmica, tal como hoy son entendidos; fenmenos que no puede explicar debidamente lafsica clsicao ms propiamente lamecnica clsica.De forma especfica, se considera tambin mecnica cuntica, a la parte de ella misma que no incorpora larelatividaden su formalismo, tan slo como aadido mediante lateora de perturbaciones.1La parte de la mecnica cuntica que s incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es lamecnica cuntica relativistao ya, de forma ms exacta y potente, lateora cuntica de campos(que incluye a su vez a laelectrodinmica cuntica,cromodinmica cunticayteora electrodbildentro delmodelo estndar)2y ms generalmente, lateora cuntica de campos en espacio-tiempo curvo. La nica interaccin que no se ha podido cuantificar ha sido lainteraccin gravitatoria.La mecnica cuntica es el fundamento de los estudios deltomo, suncleoy laspartculas elementales(siendo necesario el enfoque relativista). Tambin enteora de la informacin,criptografayqumica.

La mecnica cuntica es, cronolgicamente, la ltima de las grandes ramas de lafsica. Se formul a principios del siglo XX, casi al mismo tiempo que lateora de la relatividad, aunque el grueso de la mecnica cuntica se desarroll a partir de 1920 (siendo la teora de la relatividad especial de 1905 y la teora general de la relatividad de 1915).Adems al advenimiento de la mecnica cuntica existan diversos problemas no resueltos en elelectrodinmica clsica. El primero de estos problemas era la emisin de radiacin de cualquier objeto en equilibrio, llamadaradiacin trmica, que es la que proviene de la vibracin microscpica de las partculas que lo componen. Usando las ecuaciones de la electrodinmica clsica, la energa que emita esta radiacin trmica tenda alinfinitosi se suman todas las frecuencias que emita el objeto, con ilgico resultado para los fsicos. Tambin laestabilidad de los tomosno poda ser explicada por el electromagnetismo clsico, y la nocin de que el electrn fuera o bien una partcula clsica puntual o bien una cscara de dimensiones finitas resultaban igualmente problemticas.Radiacin electromagntica[editar]El problema de la radiacin electromagntica fue uno de los primeros problemas resueltos en el seno de la mecnica cuntica. Es en el seno de lamecnica estadsticadonde surgen las ideas cunticas en 1900. Al fsico alemnMax Planckse le ocurri un artificio matemtico: si en el proceso aritmtico se sustitua la integral de esas frecuencias por una suma no continua, se dejaba de obtener infinito como resultado, con lo que se eliminaba el problema; adems, el resultado obtenido concordaba con lo que despus era medido.FueMax Planckquien entonces enunci la hiptesis de que la radiacin electromagntica es absorbida y emitida por lamateriaen forma de cuantos de luz ofotonesde energa mediante una constante estadstica, que se denominconstante de Planck. Su historia es inherente alsiglo XX, ya que la primera formulacincunticade un fenmeno fue dada a conocer por el mismo Planck el14 de diciembrede1900en una sesin de la Sociedad Fsica de laAcademia de Ciencias de Berln.3La idea de Planck habra quedado muchos aos slo como hiptesis siAlbert Einsteinno la hubiera retomado, proponiendo que laluz, en ciertas circunstancias, se comporta comopartculasde energa independientes (los cuantos de luz o fotones). Fue Albert Einstein quien complet en 1905 las correspondientes leyes de movimiento en suteora especial de la relatividad, demostrando que elelectromagnetismoera una teora esencialmente no mecnica. Culminaba as lo que se ha dado en llamarfsica clsica, es decir, la fsica no-cuntica.Us este punto de vista llamado por l heurstico, para desarrollar suteora del efecto fotoelctrico, publicando estahiptesisen 1905, lo que le vali elPremio Nobel de Fsicade 1921. Esta hiptesis fue aplicada tambin para proponer una teora sobre elcalor especfico, es decir, la que resuelve cul es la cantidad de calor necesaria para aumentar en una unidad la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo.El siguiente paso importante se dio hacia1925, cuandoLouis De Brogliepropuso que cada partcula material tiene unalongitud de ondaasociada, inversamente proporcional a sumasa, y dada por suvelocidad. Poco tiempo despusErwin Schrdingerformul unaecuacin de movimientopara las ondas de materia, cuya existencia haba propuesto De Broglie y varios experimentos sugeran que eran reales.La mecnica cuntica introduce una serie de hechos contraintuitivos que no aparecan en los paradigmas fsicos anteriores; con ella se descubre que el mundo atmico no se comporta como esperaramos. Los conceptos deincertidumbreocuantizacinson introducidos por primera vez aqu. Adems la mecnica cuntica es la teora cientfica que ha proporcionado las predicciones experimentales ms exactas hasta el momento, a pesar de estar sujeta a las probabilidades.Inestabilidad de los tomos clsicos[editar]El segundo problema importante que la mecnica cuntica resolvio a travs delmodelo de Bohr, fue el de la estabilidad de los tomos. De acuerdo con la teora clsica un electrn orbitando alrededor de un ncleo cargado positivamente debera emitir energa electromagntica perdiendo as velocidad hasta caer sobre el ncleo. La evidencia emprica era que esto no suceda, y sera la mecnica cuntica quien resolvera este hecho primero mediante postulados ad hoc formulados por Bohr y ms tarde mediante modelos como elmodelo atmico de Schrdingerbasados en supuestos ms generales. A continuacin se explica el fracaso del modelo clsico.Enmecnica clsica, untomo de hidrgenoes un tipo deproblema de los dos cuerposen que el protn sera el primer cuerpo que tiene ms del 99% de la masa del sistema y el electrn es el segundo cuerpo que es mucho ms ligero. Para resolver el problema de los dos cuerpos es conveniente hacer la descripcin del sistema, colocando el origen del sistema de referencia en el centro de masa de la partcula de mayor masa, esta descripcin es correcta considerando como masa de la otra partcula lamasa reducidaque viene dada por

Siendola masa del protn yla masa del electrn. En ese caso el problema del tomo de hidrgeno parece admitir una solucin simple en la que el electrn se moviera en rbitas elpticas alrededor del ncleo atmico. Sin embargo, existe un problema con la solucin clsica, de acuerdo con las predicciones deelectromagnetismouna partcula elctrica que sigue un movimiento acelerado, como sucedera al describir una elipse debera emitir radiacin electromagntica, y por tanto perder energa cintica, la cantidad de energa radiada sera de hecho:

Ese proceso acabara con el colapso del tomo sobre el ncleo en un tiempo muy corto dadas las grandes aceleraciones existentes. A partir de los datos de la ecuacin anterior el tiempo de colapso sera de 10-8s, es decir, de acuerdo con la fsica clsica los tomos de hidrgeno no seran estables y no podran existir ms de una cienmillonsima de segundo.Esa incompatibilidad entre las predicciones del modelo clsico y la realidad observada llev a buscar un modelo que explicara fenomenolgicamente el tomo. Elmodelo atmico de Bohrera un modelo fenomenolgico que explicaba satisfactoriamente algunos datos, como el orden de magnitud del radio atmico y los espectros de absorcin del tomo, pero no explicaba cmo era posible que el electrn no emitiera radiacin perdiendo energa. La bsqueda de un modelo ms adecuado llev a la formulacin delmodelo atmico de Schrdingeren el cual puede probarse que elvalor esperadode la acelaracin es nulo, y sobre esa base puede decirse que la energa electromagntica emitida debera ser tambin nula. Sin embargo, la representacin cuntica de Schrdinger es difcil de entender en trminos intuitivos.Desarrollo histrico[editar]Artculo principal:Historia de la mecnica cunticaLa teora cuntica fue desarrollada en su forma bsica a lo largo de la primera mitad delsiglo XX. El hecho de que la energa se intercambie de forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales como los siguientes, inexplicables con las herramientas tericas anteriores de la mecnica clsica o la electrodinmica:

Fig. 1: Lafuncin de ondadelelectrnde un tomo de hidrgeno posee niveles de energa definidos y discretos denotados por un nmero cuntico n=1, 2, 3,... y valores definidos demomento angularcaracterizados por la notacin: s, p, d,... Las reas brillantes en la figura corresponden a densidades elevadas deprobabilidadde encontrar el electrn en dicha posicin. Espectro de la radiacin delcuerpo negro, resuelto porMax Planckcon la cuantizacin de la energa. La energa total del cuerpo negro result que tomaba valores discretos ms que continuos. Este fenmeno se llam cuantizacin, y los intervalos posibles ms pequeos entre los valores discretos son llamadosquanta(singular: quantum, de la palabra latina para cantidad, de ah el nombre de mecnica cuntica). La magnitud de un cuanto es un valor fijo llamado constante de Planck, y que vale: 6.626 10-34juliospor segundo. Bajo ciertas condiciones experimentales, los objetos microscpicos como lostomoso loselectronesexhiben un comportamientoondulatorio, como en lainterferencia. Bajo otras condiciones, las mismas especies de objetos exhiben un comportamiento corpuscular, de partcula, (partcula quiere decir un objeto que puede ser localizado en una regin concreta delespacio), como en ladispersinde partculas. Este fenmeno se conoce comodualidad onda-partcula. Las propiedades fsicas de objetos con historias asociadas pueden ser correlacionadas, en una amplitud prohibida para cualquier teora clsica, slo pueden ser descritos con precisin si se hace referencia a ambos a la vez. Este fenmeno es llamadoentrelazamiento cunticoy ladesigualdad de Belldescribe su diferencia con la correlacin ordinaria. Las medidas de las violaciones de la desigualdad de Bell fueron algunas de las mayores comprobaciones de la mecnica cuntica. Explicacin del efecto fotoelctrico, dada porAlbert Einstein, en que volvi a aparecer esa "misteriosa" necesidad de cuantizar la energa. Efecto Compton.El desarrollo formal de la teora fue obra de los esfuerzos conjuntos de varios fsicos y matemticos de la poca comoSchrdinger,Heisenberg,Einstein,Dirac,BohryVon Neumannentre otros (la lista es larga). Algunos de los aspectos fundamentales de la teora estn siendo an estudiados activamente. La mecnica cuntica ha sido tambin adoptada como la teora subyacente a muchos campos de la fsica y la qumica, incluyendo lafsica de la materia condensada, laqumica cunticay lafsica de partculas.La regin de origen de la mecnica cuntica puede localizarse en la Europa central, enAlemaniayAustria, y en el contexto histrico del primer tercio delsiglo XX.Suposiciones ms importantes[editar]Artculo principal:Interpretaciones de la Mecnica cunticaLas suposiciones ms importantes de esta teora son las siguientes: Al ser imposible fijar a la vez la posicin y el momento de una partcula, se renuncia al concepto detrayectoria, vital enmecnica clsica. En vez de eso, el movimiento de una partcula 'puede ser explicado por una funcin matemtica que asigna, a cada punto del espacio y a cada instante, laprobabilidadde que la partcula descrita se halle en tal posicin en ese instante (al menos, en la interpretacin de la Mecnica cuntica ms usual, la probabilstica ointerpretacin de Copenhague). A partir de esa funcin, ofuncin de ondas, se extraen tericamente todas las magnitudes del movimiento necesarias. Existen dos tipos deevolucin temporal, si no ocurre ninguna medida el estado del sistema ofuncin de ondaevolucionan de acuerdo con laecuacin de Schrdinger, sin embargo, si se realiza una medida sobre el sistema, ste sufre unsalto cunticohacia un estado compatible con los valores de la medida obtenida (formalmente el nuevo estado ser unaproyeccin ortogonaldel estado original). Existen diferencias perceptibles entre los estados ligados y los que no lo estn. Laenergano se intercambia de forma continua en un estado ligado, sino en forma discreta lo cual implica la existencia de paquetes mnimos de energa llamados cuantos, mientras en los estados no ligados la energa se comporta como un continuo.Descripcin de la teora[editar]Interpretacin de Copenhague[editar]Artculo principal:Interpretacin de CopenhaguePara describir la teora de forma general es necesario un tratamiento matemtico riguroso, pero aceptando una de las tres interpretaciones de la mecnica cuntica (a partir de ahora la Interpretacin de Copenhague), el marco se relaja. La mecnica cuntica describe el estado instantneo de un sistema (estado cuntico) con unafuncin de ondaque codifica ladistribucin de probabilidadde todas las propiedades medibles, uobservables. Algunos observables posibles sobre un sistema dado son laenerga,posicin,momentoymomento angular. La mecnica cuntica no asigna valores definidos a los observables, sino que hace predicciones sobre sus distribuciones de probabilidad. Las propiedades ondulatorias de la materia son explicadas por la interferencia de las funciones de onda.Estas funciones de onda pueden variar con el transcurso deltiempo. Esta evolucin esdeterministasi sobre el sistema no se realiza ninguna medida aunque esta evolucin esestocsticay se produce mediante colapso de la funcin de onda cuando se realiza una medida sobre el sistema (Postulado IV de la MC). Por ejemplo, una partcula movindose sin interferencia en el espacio vaco puede ser descrita mediante una funcin de onda que es unpaquete de ondascentrado alrededor de alguna posicin media. Segn pasa el tiempo, el centro del paquete puede trasladarse, cambiar, de modo que la partcula parece estar localizada ms precisamente en otro lugar. La evolucin temporal determinista de las funciones de onda es descrita por laEcuacin de Schrdinger.Algunas funciones de onda describenestados fsicoscon distribuciones de probabilidad que son constantes en el tiempo, estos estados se llaman estacionarios, sonestados propiosdeloperador hamiltonianoy tienen energa bien definida. Muchos sistemas que eran tratados dinmicamente en mecnica clsica son descritos mediante tales funciones de onda estticas. Por ejemplo, un electrn en un tomo sin excitar se dibuja clsicamente como una partcula que rodea el ncleo, mientras que en mecnica cuntica es descrito por una nube de probabilidad esttica que rodea al ncleo.Cuando se realiza una medicin en un observable del sistema, la funcin de ondas se convierte en una del conjunto de las funciones llamadasfunciones propiaso estados propios del observable en cuestin. Este proceso es conocido comocolapso de la funcin de onda. Las probabilidades relativas de ese colapso sobre alguno de los estados propios posibles son descritas por la funcin de onda instantnea justo antes de la reduccin. Considerando el ejemplo anterior sobre la partcula en el vaco, si se mide la posicin de la misma, se obtendr un valor impredeciblex. En general, es imposible predecir con precisin qu valor dexse obtendr, aunque es probable que se obtenga uno cercano al centro del paquete de ondas, donde la amplitud de la funcin de onda es grande. Despus de que se ha hecho la medida, la funcin de onda de la partcula colapsa y se reduce a una que est muy concentrada en torno a la posicin observadax.Laecuacin de Schrdingeres en partedeterministaen el sentido de que, dada una funcin de onda a un tiempo inicial dado, la ecuacin suministra una prediccin concreta de qu funcin tendremos en cualquier tiempo posterior. Durante una medida, el eigen-estado al cual colapsa la funcin es probabilista y en este aspecto es no determinista. As que la naturaleza probabilista de la mecnica cuntica nace del acto de la medida.Formulacin matemtica[editar]Artculos principales:Postulados de la mecnica cunticayNotacin braket.En la formulacin matemtica rigurosa, desarrollada porDiracyvon Neumann, los estados posibles de un sistema cuntico estn representados por vectores unitarios (llamadosestados) que pertenecen a unEspacio de Hilbertcomplejoseparable(llamado elespacio de estados). Qu tipo de espacio de Hilbert es necesario en cada caso depende del sistema; por ejemplo, el espacio de estados para los estados de posicin y momento es el espacio defunciones de cuadrado integrable, mientras que la descripcin de un sistema sin traslacin pero con unespnes el espacio. Laevolucin temporalde un estado cuntico queda descrita por laecuacin de Schrdinger, en la que elhamiltoniano, el operador correspondiente a la energa total del sistema, tiene un papel central.Cada magnitud observable queda representada por unoperador lineal hermticodefinido sobre undominio densodel espacio de estados. Cada estado propio de unobservablecorresponde a uneigenvectordel operador, y elvalor propioo eigenvalor asociado corresponde al valor del observable en aquel estado propio. Elespectro de un operadorpuede ser continuo o discreto. La medida de un observable representado por un operador con espectro discreto slo puede tomar un conjunto numerable de posibles valores, mientras que los operadores con espectro continuo presentan medidas posibles en intervalos reales completos. Durante una medida, la probabilidad de que un sistema colapse a uno de los eigenestados viene dada por el cuadrado del valor absoluto delproducto interiorentre el estado propio o auto-estado (que podemos conocer tericamente antes de medir) y el vector estado del sistema antes de la medida. Podemos as encontrar la distribucin de probabilidad de un observable en un estado dado computando ladescomposicin espectraldel operador correspondiente. El principio de incertidumbre de Heisenberg se representa por la aseveracin de que los operadores correspondientes a ciertos observables noconmutan.Relatividad y la mecnica cuntica[editar]Artculos principales:Teora cuntica de camposySegunda cuantizacin.El mundo moderno de la fsica se funda notablemente en dos teoras principales, larelatividad generaly la mecnica cuntica, aunque ambas teoras usan principios aparentemente incompatibles. Los postulados que definen la teora de la relatividad de Einstein y la teora del quntum estn apoyados por rigurosa y repetida evidencia emprica. Sin embargo, ambas se resisten a ser incorporadas dentro de un mismo modelo coherente. Desde mediados del siglo XX, aparecieron teoras cunticas relativistas del campo electromagntico (electrodinmica cuntica) y las fuerzas nucleares (modelo electrodbil,cromodinmica cuntica), pero hasta la fecha (2015) no se tiene una teora cuntica relativista del campo gravitatorio que sea plenamente consistente y vlida para campos gravitatorios intensos (existen aproximaciones enespacios asintticamente planos). Todas las teoras cunticas relativistas consistentes usan los mtodos de lateora cuntica de campos.En su forma ordinaria, la teora cuntica abandona algunos de los supuestos bsicos de lateora de la relatividad, como por ejemplo elprincipio de localidadusado en la descripcin relativista de lacausalidad. El mismoEinsteinhaba considerado absurda la violacin del principio de localidad a la que pareca abocar la mecnica cuntica. La postura de Einstein fue postular que la mecnica cuntica si bien eraconsistenteeraincompleta. Para justificar su argumento y su rechazo a la falta de localidad y la falta de determinismo, Einstein y varios de sus colaboradores postularon la llamadaparadoja de Einstein-Podolsky-Rosen(EPR), la cual demuestra que medir el estado de una partcula puede instantneamente cambiar el estado de su socio enlazado, aunque las dos partculas pueden estar a una distancia arbitrariamente grande. Modernamente el paradjico resultado de la paradoja EPR se sabe es una consecuencia perfectamente consistente del llamadoentrelazamiento cuntico. Es un hecho conocido que si bien la existencia del entrelazamiento cuntico efectivamente viola el principio de localidad, en cambio no viola lacausalidaddefinido en trminos de informacin, puesto que no hay transferencia posible de informacin. Si bien en su tiempo, pareca que la paradoja EPR supona una dificultad emprica para mecnica cuntica, y Einstein consider que la mecnica cuntica en lainterpretacin de Copenhaguepodra ser descartada por experimento, dcadas ms tarde los experimentos deAlain Aspect(1981) revelaron que efectivamente la evidencia experimental parace apuntar en contra del principio de localidad.4Y por tanto, el resultado paradjico que Einstein rechazaba como "sin sentido" parece ser lo que sucede precisamente en el mundo real.

Laenerga del punto ceroes enfsicala energa ms baja que unsistema fsicomecano-cunticopuede poseer, y es la energa delestado fundamentaldel sistema. El concepto de la energa del punto cero fue propuesto porAlbert EinsteinyOtto Sternen1913, y fue llamada en un principio "energa residual". La expresin es una traduccin del alemnNullpunktsenergie. Todos los sistemas mecano-cunticos tienenenerga de punto cero. La expresin surge como referencia al estado base delOscilador armnico cunticoy sus oscilaciones nulas[citarequerida]. En la teora de campos cuntica, es un sinnimo de la energa del vaco o de la energa oscura, una cantidad de energa que se asocia con la vacuidad del espacio vaco. Encosmologa, la energa del vaco es tomada como la base para laconstante cosmolgica. A nivel experimental, la energa del punto cero genera elefecto Casimir, y es directamente observable endispositivos nanomtricos.Debido a que la energa del punto cero es la energa ms baja que un sistema puede tener, no puede ser eliminada de dicho sistema. Un trmino relacionado es el campo del punto cero que es el estado de energa ms bajo para un campo, su estado base, que no es cero.Pese a la definicin, el concepto de energa del punto cero y la posibilidad de extraer "energa gratuita" del vaco han atrado la atencin de inventores independientes.

En 1900,Max Planckdedujo la frmula para la energa de un "radiador de energa" aislado, i.e. una unidad atmica vibratoria, como:

Aqu,es laconstante de Planck,es lafrecuencia,kes laconstante de Boltzmann, yTes latemperatura.En 1913, utilizando esta frmula como base,Albert EinsteinyOtto Sternpublicaron un artculo de gran importancia donde sugeran por primera vez la existencia de una energa residual que todos los osciladores tienen en el cero absoluto. Llamaron a esto "energa residual", oNullpunktsenergie(en Alemn), que fue ms tarde traducido comoenerga del punto cero. Realizaron unos anlisis del calor especfico del gas hidrgeno a baja temperatura, y concluyeron que los datos se representan mejor si la energa vibracional es elegida para que tome la forma:1

Por lo que, de acuerdo a esta expresin, incluso en elcero absolutola energa de un sistema atmico tiene el valor h.2Fundamentos fsicos[editar]Enfsica clsica, la energa de un sistema es relativa, y se define nicamente en relacin a algn estado dado (a menudo llamado estado de referencia). Tpicamente, uno puede asociar a un sistema sin movimiento una energa cero, aunque hacerlo es puramente arbitrario.Enfsica cuntica, es natural asociar la energa con elvalor esperadode un ciertooperador, elHamiltonianodel sistema. Para casi todos los sistemas mecano-cunticos, el valor esperado ms bajo posible que este operador puede tener no es cero; a este valor ms bajo posible se le denomina energa del punto cero. (Nota: Si aadimos una constante arbitraria al Hamiltoniano, obtenemos otra teora que es fsicamente equivalente al Hamiltoniano previo. A causa de esto, slo la energa relativa es observable, no la energa absoluta. Sin embargo, esto no cambia el hecho de que el momento mnimo es no nulo).El origen de una energa mnima no nula puede ser intuitivamente comprendido en trminos delprincipio de indeterminacin de Heisenberg. Este principio establece que la posicin y elmomentumde una partcula en mecnica cuntica no pueden ser conocidos con precisin simultneamente. Si la partcula es confinada a unpozo de potencial, entonces su posicin es como mnimo parcialmente conocida: debe estar en el pozo. Por ello, uno puede deducir que en el pozo, la partcula no puede tener momento cero, pues de lo contrario se violara el principio de incertidumbre. Porque laenerga cinticade una partcula en movimiento es proporcional al cuadrado de su velocidad, no puede ser cero tampoco. Este ejemplo, sin embargo, no es aplicable a una partcula libre - la energa cintica de la cual si puede ser cero.Variedades de energa del punto cero[editar]La idea de la energa del punto cero est presente en diferentes situaciones, y es importante distinguirlas, y notar que hay muchos conceptos muy relacionados.En mecnica cuntica ordinaria, la energa del punto cero es la energa asociada con elestado fundamentaldel sistema. El ms famoso ejemplo de este tipo es la energaasociada con el estado fundamental deloscilador armnico cuntico. Ms exactamente, la energa del punto cero es elvalor esperadodelHamiltonianodel sistema.En teora cuntica de campos, el tejido del espacio se visualiza como si estuviera compuesto decampos, con el campo en cada punto del espacio-tiempo siendo unoscilador armnico simplecuantizado, que interacta con los osciladores vecinos. En este caso, cada uno tiene una contribucin dede cada punto del espacio, resultando en una energa del punto cero tcnicamente infinita. La energa de punto cero es de nuevo el valor esperado del Hamiltoniano; aqu, sin embargo, la frasevalor esperado del vacoes ms comnmente utilizada, y la energa es bautizada comoenerga del vaco.En lateora de perturbacionescuntica, se dice a veces que la contribucin de losdiagramas de Feynmande unbucle nicoy de bucles mltiples alpropagadorde lapartcula elementalson las contribuciones de lasfluctuaciones del vacoo de la energa del punto cero a lamasade las partculas.Evidencia experimental[editar]La evidencia experimental ms simple de la existencia de la energa del punto cero en la teora cuntica de campos es elEfecto Casimir. Este efecto fue propuesto en1948por elfsicoholandsHendrik B. G. Casimir, quien analiz elcampo electromagnticocuantizado entre dos placas metlicas paralelas sin carga elctrica. Una pequea fuerza puede medirse entre las placas, que es directamente atribuible a un cambio en la energa del punto cero del campo electromagntico entre las placas.Aunque el efecto Casimir al principio fue difcil de medir, porque sus efectos pueden verse nicamente a distancias muy pequeas, el efecto es muy importante ennanotecnologa. No slo es el efecto Casimir fcilmente medido en dispositivos nanotecnolgicos especialmente diseados, sino que se debe tener en cuenta cada vez ms en el diseo y en el proceso de manufactura de los mismos. Puede ejercer fuerzas significativas y tensiones sobre los dispositivos nanotecnolgicos, causando que se doblen, tuerzan, o incluso que se rompan.Otras evidencias experimentales incluyen laemisin espontneade luz (fotones) portomosyncleos, elefecto Lambde las posiciones de losniveles de energade los tomos, los valores anmalos de latasa giromagnticadel electrn, etc.Gravitacin y Cosmologa[editar]

Problemas no resueltos de la fsica:Porqu la energa del punto cero delvacono produce una granconstante cosmolgica? Qu la anula?Encosmologa, la energa del punto cero ofrece una posibilidad intrigante para explicar los especulativos valores positivos de laconstante cosmolgica. En resumen, si la energa est "realmente all", entonces debera ejercer unafuerza gravitacional. Enrelatividad general, lamasay la energa son equivalentes; y cualquiera de ambas puede producir un campo gravitatorio.Una dificultad obvia con esta asociacin es que la energa del punto cero del vaco es absurdamente enorme. De hecho, es infinita, pero uno podra decir que la nueva fsica se cancela en laescala de Planck, por lo que su crecimiento debera cortarse en este punto. Incluso as, lo que queda es tan grande que doblara el espacio de forma claramente visible, por lo que parece que tenemos aqu una contradiccin. No hay salida fcil del problema, y reconciliar la enorme energa del punto cero del espacio con la constante cosmolgica observada, que es pequea o nula, ha llegado a ser uno de los problemas importantes de la fsica terica, y se ha convertido en un criterio para juzgar un candidato a laTeora de Todo.Utilizacin en propulsin y levitacin[editar]Otra rea de la investigacin en el campo de la energa del punto cero es cmo puede ser utilizada para propulsin.NASAyBritish Aerospacetienen programas de investigacin con este objetivo, pero producir tecnologa prctica es todava algo muy lejano. Para tener xito en esta tarea, tendra que ser posible crear efectos repulsivos en el vaco cuntico, lo que de acuerdo a la teora debera ser posible, y se estn diseando experimentos para producir y medir estos efectos en el futuro.El CatedrticoUlf Leonhardty el DoctorThomas Philbin, de laUniversity of St AndrewsenEscocia, han trabajado en una forma de invertir elefecto Casimir, para que sea repulsivo en vez de atractivo. Su descubrimiento puede conducir a la construccin de micromquinas sin friccin con partes mviles queleviten.3Rueda, Haisch y Puthoff456han propuesto que un objeto masivo acelerado interacta con el campo de punto cero para producir unafuerza de freno electromagnticaque es la verdadera responsable del fenmeno de lainercia; verelectrodinmica estocstica.Dispositivos de "Energa gratuita"[editar]Elefecto Casimirha establecido la energa del punto cero como un fenmenocientficamente aceptado. Sin embargo, el trminoenerga del punto ceroha sido igualmente asociado con un rea altamente controvertida - el diseo e invencin de los llamados ingenios de "energa gratuita", similares a las mquinas demovimiento perpetuodel pasado.Segn algunos de estos estudios,7el hidrgeno atmico (H, para distinguirlo del hidrgeno molecular H2) podra actuar como una especie "conversor" de la radiacin de espectro fro de la energa del punto cero (ZPE en ingls), al espectro de la radiacin infrarroja utilizable en nuestros conversores termoelectricos. Aunque est teora an no ha podido ser demostrada, en los experimentos llevados a cabo por el Premio Nobel de QumicaIrving Langmuira principios del siglo XX sobre el hidrgeno atmico, aparecen algunos resultados que parecen violar la segunda ley de la termodinmica aunque hasta ahora no se ha intentado su replicacin y anlisis con instrumentacin, teora y tecnologa ms moderna.