Historia del físico: de Arquímedes al bosón de Higgs

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La física es inusual entre las disciplinas académicas por lo lejos que llega su historia documentada y por lo directamente que se siguen usando sus resultados más antiguos: un estudiante de ingeniería hoy aprende el principio de flotabilidad de Arquímedes esencialmente igual a como él lo formuló en el siglo III a. C., más de dos mil años antes de que nadie usara la palabra «físico».

La historia pasa por la insistencia de la Edad de Oro islámica en el experimento controlado, el matrimonio de matemáticas y observación de la Revolución Científica, la unificación de electricidad, magnetismo y luz en el siglo XIX, y un siglo XX que desmanteló dos veces el universo de relojería de Newton —primero con la relatividad, luego con la mecánica cuántica— antes de convertir la propia física en una empresa colaborativa a escala estatal.

Dónde empezó

c. 250 BCESyracuse, Sicily

Arquímedes formula el principio de flotabilidad —que un cuerpo flotante o sumergido desplaza un peso de fluido igual a la fuerza que lo empuja hacia arriba— y las matemáticas de las palancas y las máquinas simples; según la tradición, comprobó la pureza del oro de la corona del rey Hierón II midiendo cuánta agua desplazaba. Su método, usar las matemáticas para derivar reglas precisas y comprobables sobre objetos físicos, es el ejemplo más antiguo que se conserva de lo que más tarde se llamaría física.

Línea de tiempo

c. 250 BCEArquímedes formula el principio de flotabilidad

Arquímedes establece que un cuerpo desplaza su propio volumen de fluido, según la tradición para comprobar si la corona del rey Hierón II era de oro puro, y deriva las matemáticas de las palancas y las máquinas simples en Siracusa.

1021Ibn al-Haytham completa el Libro de la Óptica

Trabajando en El Cairo, Ibn al-Haytham termina el Kitab al-Manazir en siete volúmenes, usando experimentos controlados para mostrar que la visión funciona por la luz que entra en el ojo y no porque el ojo emita rayos: un texto fundacional del método experimental.

1609Galileo apunta un telescopio al cielo

Galileo construye su propio telescopio en Padua, observa las montañas de la Luna y, en pocos meses, cuatro lunas orbitando Júpiter: prueba de que no todo en el cielo gira alrededor de la Tierra.

1687Newton publica los Principia

La Philosophiae Naturalis Principia Mathematica de Isaac Newton expone las leyes del movimiento y la gravitación universal, unificando la física de las manzanas que caen y de los planetas en órbita bajo un mismo marco matemático.

1831Faraday descubre la inducción electromagnética

Michael Faraday muestra que un campo magnético variable induce una corriente eléctrica, el principio detrás de cada generador, transformador y motor eléctrico construido desde entonces.

1865Maxwell unifica electricidad, magnetismo y luz

James Clerk Maxwell publica ecuaciones que muestran que la electricidad y el magnetismo son dos caras de un mismo campo, y que la luz misma es una onda electromagnética que viaja a una velocidad predecible.

1900Planck introduce el cuanto

Max Planck muestra que la radiación de un objeto caliente solo coincide con la observación si la energía se emite en paquetes discretos, o cuantos: un supuesto que trata como truco matemático y que resulta describir algo real.

1905El año milagroso de Einstein

Trabajando como empleado de patentes en Berna, Albert Einstein publica cuatro artículos en un solo año sobre relatividad especial, el efecto fotoeléctrico y el movimiento browniano, reformulando los conceptos básicos de la física sobre espacio, tiempo, masa y luz.

1942Fermi logra la primera reacción en cadena controlada

El equipo de Enrico Fermi pone en marcha Chicago Pile-1, la primera reacción nuclear en cadena autosostenida hecha por humanos, construida bajo un estadio de fútbol americano de la Universidad de Chicago: el momento en que la física deja de ser una disciplina de grupos pequeños y se convierte en «Gran Ciencia» a escala estatal.

2012Se descubre el bosón de Higgs en el CERN

Dos colaboraciones internacionales de unos 3.000 físicos cada una, ATLAS y CMS, anuncian el descubrimiento del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones, confirmando la última pieza no confirmada del Modelo Estándar casi 50 años después de su predicción.

Las eras

Representación de Ibn al-Haytham, el erudito medieval que pionerizó la óptica experimental — Adolph Boÿ, engraved by Jeremias Falck. Used as the frontispiece to Johannes Hevelius, Selenographia, 1647 · Public domain · Wikimedia Commons

c. 250 BCE – 1543

Filosofía natural antes del método científico

Desde Arquímedes hasta Ibn al-Haytham, quienes investigaban el mundo físico trabajaban dentro de una tradición más amplia de filosofía natural, mezclada con teología, matemáticas y medicina, y sin una identidad profesional separada. La insistencia de Ibn al-Haytham en el experimento controlado y repetible en su Libro de la Óptica (1021) suele citarse como la formulación temprana más clara de lo que se convirtió en el método científico, siglos antes de la Revolución Científica europea.

Retrato de Galileo Galilei — Justus Sustermans · Public domain · Wikimedia Commons

1543–1687

La Revolución Científica

El modelo heliocéntrico de Copérnico de 1543, las observaciones telescópicas de Galileo y su juicio de 1633 ante la Inquisición, y las leyes de Kepler del movimiento planetario quebraron juntos la autoridad de la física antigua y sancionada por la Iglesia. Los Principia de Newton de 1687 aportaron entonces la síntesis matemática —leyes del movimiento y gravitación universal— hacia la que apuntaba el resto de la evidencia de la época.

Retrato de James Clerk Maxwell — Unknown author Unknown author · Public domain · Wikimedia Commons

1687–1900

Madura la física clásica

La mecánica newtoniana se extendió a la termodinámica, la mecánica estadística y, a través de los experimentos de Faraday y las ecuaciones de Maxwell, a una teoría completa del electromagnetismo que predijo que la luz misma era una onda electromagnética. La palabra «physicist» solo se acuñó en 1840, por el polímata inglés William Whewell, cuando las universidades empezaban a crear cátedras y revistas dedicadas a una disciplina que había superado la antigua etiqueta de filosofía natural.

Fotografía de grupo de físicos en la Conferencia Solvay de 1927 — Benjamin Couprie · Public domain · Wikimedia Commons

1900–1945

La revolución cuántica y relativista

La hipótesis cuántica de Planck, la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica desarrollada por Bohr, Heisenberg y Schrödinger volvieron a derribar dos veces el universo determinista de Newton en tres décadas; los debates quedaron capturados de forma más famosa en las fotografías de la Conferencia Solvay de 1927. La era se cerró con la física movilizada para la guerra: el Proyecto Manhattan convirtió la física nuclear teórica en un programa de armas a escala industrial.

Interior de un túnel del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN — Arpad Horvath · CC BY-SA 2.5 · Wikimedia Commons

1945–present

La era de la Gran Ciencia

La física de posguerra pasó de laboratorios individuales a megainstalaciones financiadas por el Estado: el CERN, fundado en 1954 por doce Estados europeos, opera hoy el Gran Colisionador de Hadrones, cuyo descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 exigió colaboraciones de unos 3.000 físicos cada una. Los telescopios espaciales, los detectores de ondas gravitacionales y los artículos con mil autores han hecho de la colaboración en grandes equipos, y no del genio individual, el modelo de trabajo dominante del campo.

Lo que este oficio reemplazó

Oficios vecinos que ya no existen — absorbidos, automatizados o regulados fuera.

Filósofo natural

to 1840s

Antes de que William Whewell acuñara la palabra «physicist» en 1840, quienes investigaban el mundo físico se llamaban filósofos naturales, un título que abarcaba química, biología y lo que más tarde se separaría como física bajo un mismo paraguas amplio. A medida que las universidades crearon cátedras y revistas dedicadas a la física a lo largo del siglo XIX, el título más antiguo y amplio cayó en desuso.

Computadora humana

1900s–1950s

Antes de los ordenadores electrónicos, los grupos de investigación en física —incluido el Proyecto Manhattan en Los Álamos— empleaban salas de personas, de forma desproporcionada mujeres, para realizar los cálculos numéricos repetitivos que una teoría necesitaba comprobar a mano o con calculadoras mecánicas. Ordenadores electrónicos como el ENIAC (1945) y sus sucesores asumieron ese trabajo a lo largo de los años cincuenta, y el título laboral desapareció.

Demostrador eléctrico itinerante

1740s–1850s

Antes de que la física se asentase en las universidades, artistas de feria recorrían Europa y América presentando la electricidad y el magnetismo como espectáculo público —cargando botellas de Leyden, «electrificando» voluntarios del público—: parte entretenimiento, parte divulgación científica. Cuando la disciplina se profesionalizó en laboratorios y cursos de clase, el demostrador ambulante desapareció en gran medida.

Oficios que desaparecieron →

Casi cada salto de esta historia sigue el mismo patrón: una anomalía que la teoría existente no podía explicar —una corona que quizá no era de oro puro, la luz de las estrellas curvándose cerca del Sol, un núcleo que no dejaba de dividirse— obliga a un nuevo marco matemático, que luego se pone a prueba frente a la naturaleza hasta que sobrevive o se rompe.

El paso de Newton trabajando en gran medida solo a un artículo sobre el bosón de Higgs con unos tres mil coautores es el cambio reciente más trascendental del campo, y plantea una pregunta a la que el resto de este perfil vuelve una y otra vez: ¿qué significa siquiera el crédito científico individual en una era en la que nadie puede atribuirse de forma creíble el descubrimiento en solitario?

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