Isidro Toro Pampols: La Física: espacio, tiempo, materia y energía

Analogía bidimensional de la distorsión del espacio-tiempo debido a una gran masa

Según el diccionario de la Real Academia Española (RAE) la física es la “ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía, considerando tan solo los atributos capaces de medida.”

La materia tiene varias acepciones. Pero tomaremos dos de ellas por la relación que tiene con el artículo. Veamos: “Realidad primaria de la que están hechas las cosas. 2. f. Realidad espacial y perceptible por los sentidos, que, con la energía, constituye el mundo físico.”

Finalmente averigüemos la definición de energía: “Capacidad para realizar un trabajo.”

Si ahondamos en el concepto observamos que la palabra proviene del griego y significa naturaleza. La física no se limita a la materia y a la energía. También estudia las propiedades del espacio, el tiempo, y las interacciones entre las cuatro participaciones.

Visto lo anterior tenemos que la física estudia los fenómenos naturales, las moléculas, el universo, el tiempo, la energía, la materia y todo aquello que podamos considerar, como consecuencia de la naturaleza. La física, es el estudio de la naturaleza, pero en su sentido más amplio.

Pasemos, brevemente, a revisar los conceptos que hemos señalado en párrafos anteriores. Iniciamos con la materia.

 

La materia.-

No todos los científicos están de acuerdo con la definición de materia. Pero a lo que parecen estar de acuerdo es con el principio enunciado por Einstein de que ésta no se destruye, sino que sólo se transforma, o en términos más precisos, “la masa relativística equivalente” se conserva. La física moderna, contrario a la antigua, nos permite comprender que la materia se puede transformar en energía y la energía puede convertirse en materia.

A nivel microscópico la materia es un agregado de átomos que forman moléculas. Al descomponer los átomos en constituyentes aún más elementales, encontramos lo siguiente:

• Electrones: con carga eléctrica negativa.
• Protones: carga eléctrica positiva.
• Neutrones: partículas sin carga eléctrica.

A partir de aquí hay todo un conjunto de partículas subatómicas que acaban finalmente en los constituyentes últimos de la materia, que son objeto de estudios especializados.

Macroscópicamente la materia se presenta en nuestro sistema solar de diversas formas. De acuerdo con la teoría cinética molecular la materia se encuentra formada por moléculas y éstas están animadas de movimiento, el cual cambia constantemente de dirección y velocidad cuando chocan o bajo el influjo de otras interacciones físicas. Debido a este movimiento presentan energía cinética que tiende a separarlas, pero también tienen una energía potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser:

• Sólido: se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas
• Líquido: las moléculas de los líquidos no están tan próximas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases.
• Gaseoso: las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras.
• Plasma: también llamado el cuarto estado de la materia, es un gas que está constituido por electrones y por iones cargados positivamente.

También existe materia no-másica. Esta es una gran parte de la energía del universo perteneciendo a formas de materia formada por partículas o campos que no presentan masa, como la luz y la radiación electromagnética, las dos formada por fotones sin masa. Junto con estas partículas no másicas, se postula la existencia de otras partículas que contribuyen a la energía total del universo y son objeto de estudio de la física.

 

La energía.-

El término proviene del griego y significa actividad, operación, fuerza trabajando. La energía es un concepto abstracto, es decir, no se refiere a un objeto físico, es una herramienta matemática para asignar el estado de un sistema físico. No obstante, la teoría de la relatividad especial (Einstein) establece una equivalencia entre masa y energía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, contienen energía; además, pueden poseer energía adicional que se divide conceptualmente en varios tipos según las propiedades del sistema que se consideren. Veamos las formas de la energía:

Energía cinética: la energía cinética es la que poseen los cuerpos en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo.

Energía eléctrica: la corriente eléctrica que utilizamos para hacer funciona los electrodomésticos, una maquinaria o cualquier artefacto es una manifestación de la energía eléctrica.

La energía eléctrica se produce por la atracción o el rechazo entre los cuerpo; cargados eléctricamente.

Energía nuclear: cuando se rompe el núcleo de un átomo se liberan grandes cantidades de energía. El proceso de fisión nuclear comprende la ruptura del núcleo del átomo de un elemento pesado, como el uranio, mediante el bombardeo con neutrones. Estas reacciones son las que se realizan en los reactores de las centrales nucleares para generar energía eléctrica. La fusión nuclear implica la combinación de núcleos de bajo número de masa para formar otros elementos. Las reacciones de fusión nuclear ocurren en las estrellas a temperaturas cercanas a los cien millones de grados centígrados.

Energía potencial: hemos visto que una botella, quieta, apoyada sobre una estantería tiene energía. Esta energía dada por la posición que ocupa el cuerpo en el espacio se denomina energía potencial.

Energía química: es la energía “almacenada” en los enlaces químicos entre los átomos y las moléculas.

La energía química es absorbida o liberada durante las reacciones químicas. Las plantas utilizan la energía radiante del sol para producir energía química almacenada en moléculas orgánicas.

Energía radiante o luminosa: la energía radiante se propaga en el vacío en forma de ondas electromagnéticas. La luz visible, los rayos x, los rayos gamma, los rayos ultravioleta, los rayos infrarrojos son ondas electromagnéticas. La luz visible es una de las formas de la energía radiante.

Energía térmica: cuando se quema una madera se libera energía térmica. El calor fluye de los cuerpos que se encuentran a mayor temperatura a los que se encuentran a menor temperatura. Si colocan un trazo de hielo en un vaso con agua tibia, comprobarán que al cabo de un tiempo el hielo se derretirá y toda el agua tendrá la misma temperatura. El calor fluye del agua tibia al hielo.

 

El espacio.-

El espacio físico es el área donde se encuentran los objetos y en el que los eventos que ocurren tienen una posición y dirección relativas. El espacio físico es habitualmente concebido con tres dimensiones lineales, aunque los físicos modernos usualmente lo consideran, con el tiempo, como de cuatro dimensiones y lo denominan espacio-tiempo.

El tiempo.-

Para la física, el concepto tiempo es considerado como una medida que determina la duración de alguna cosa sujeta a algún cambio. De esta manera permite ordenar los sucesos en secuencias, rigiéndose por el principio de causalidad y determinando un pasado presente y futuro. La definición física es la noción cultural más aceptada.

 

Espacio – tiempo.-

De acuerdo con la teoría de la relatividad, el espacio-tiempo es la entidad geométrica en la cual se desarrollan todos los eventos físicos del Universo. Parte del supuesto del estado de movimiento del observador y sus consecuencias que se traduce en la diferencia relativa entre componentes espaciales y temporales.

En el espacio tridimensional, se requieren tres coordenadas espaciales, es decir cada uno de sus puntos puede ser localizado especificando tres números dentro de un cierto rango. Por ejemplo, anchura, longitud y profundidad. Para la física clásica (Newton) el tiempo es una coordenada independiente de las coordenadas espaciales y es una magnitud idéntica para cualquier observador.

Este concepto se puso en duda a principios del siglo XX y Einstein propuso como solución considerar como postulado la constancia de la velocidad de la luz y prescindir de la noción del tiempo como una coordenada independiente. En la Teoría de la Relatividad, espacio y tiempo tienen carácter relativo o convencional, dependiendo del estado de movimiento del observador. Varias comprobaciones se han hecho de la Teoría, una de ellas se realizó utilizando dos relojes atómicos de elevada precisión, inicialmente sincronizados, uno de los cuales se mantuvo fijo mientras que el otro fue transportado en un avión. Al regresar del viaje se constató que mostraban una leve diferencia de 184 nanosegundos, habiendo transcurrido “el tiempo” más lentamente para el reloj en movimiento.

Conclusión.-

Para el estudioso de la filosofía hermética es imprescindible conocer algunos conceptos comprobados por la ciencia contemporánea. Esto servirá para un doble objeto: primero, será de utilidad comprobar como las ciencias naturales “descubren” eventos que el esoterismo tenía presente desde hace mucho tiempo. Tal es el caso del enfoque que va más allá del tridimensional al aceptar que existen cuatro dimensiones, aunque hay aún más. Igualmente, hay una serie de exploraciones  que nos ayudan en las investigaciones. Los conceptos de materia, energía, entre otros son de utilidad para comprender trasformaciones energéticas que se dan en el macrocosmos así como en el microcosmos, ayudando a entender las trasmutaciones que estudia la alquimia.

ITP

Bibliografía

*- http://www.misrespuestas.com

*- http://www.rae.es

*- http://es.wikipedia.org/Imagen: Analogía bidimensional de la distorsión del espacio-tiempo debido a una gran masa.