Los conocimientos adquiridos en el campo de la Física son tan amplios que los físicos llegan a entrar en contacto con temas tan difíciles como los: organismos vivos o partes de ellos y con la estructura del universo. En este siglo ya se avizora una ciencia Física en contacto con problemas provenientes de la Química, la Biología, la Astronomía, las ciencias de la salud, etc; por ello, la importancia de la Física se comprende con respecto a su relación con otras ciencias y su aporte a la actividad práctica del hombre.
Su desarrollo continuo le proporciona su base conceptual y su estructura teórica y experimental; la Física está estrechamente relacionada con las demás ciencias naturales, y en cierto modo las engloba a todas. Veamos:
Con la química
La Química se ocupa dentro de muchos temas, de la interacción de los átomos para formar moléculas; está muy relacionada con la Física y ambas se han desarrollado y correspondido mutuamente: por ejemplo, son de interés común para estas dos ciencias la estructura atómica y molecular; la termodinámica y las propiedades de los gases, líquidos y sólidos. Actualmente la fisicoquirnica abarca todas estas relaciones estudiando las propiedades químicas de los átomos y moléculas en función de su estructura; estudia el enlace químico. la estructura de los cristales, de los metales, etc.
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| La difracción de rayos X ha permitido un gran avance en cristalografía. Esta rama a fin a la física y la química permitió establecer las propiedades de diferentes estructuras cristalinas. |
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| La fotografía muestra el patrón de difracción de rayos X en el cloruro de sodio (sal). |
Con la biología y la medicina
La Biología molecular, que comprende la biofísica y la bioquímica, ha constituido un gran aporte a la biología moderna. La biofisica estudia los fenómenos físicos que tienen lugar en los seres vivos. Los sistemas vivos están constituidos por partículas fundamentales que siguen el mismo tipo de leyes que las partículas más sencillas estudiadas tradicionalmente por los físicos. Por ello, cada vez más, el estudiar la estructura de las moléculas en los seres vivos requiere de las técnicas de análisis físico como la difracción con rayos X: donde a partir de los datos obtenidos se forrnulo el modelo del ADN que es el material que contiene la herencia genética. El estudio de las enzimas, los ácidos nucleicos y en general el estudio físico de las macromoléculas se realizan mejor con las leyes y las técnicas de la Física actual. A nivel celular, con la ayuda de la Física se estudia las membranas, los mecanismos de obtención de energía, los intercambios energéticos, los mecanismos de autorregulación, etc. y a nivel de los organismos pluricelulares, estudia la transformación de la energía a través de la actividad muscular y la transmisión de información en forma de impulsos en las células nerviosas mediante una acertada combinación de la electroquímica, la electrónica moderna y los modelos matemáticos.
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| El microscopio óptico hizo que la biología se desarrollase de manera impetuosa. Una importante aplicación de los rayos X a la medicina es en las radiografías que permiten diagnosticar problemas en los órganos internos, como fracturas óseas. La difracción de rayos X le permitió a los médicos desentrañar la molécula de ADN (la doble hélice). |
Por otro lado, también se aplica la Física nuclear en los sistemas biológicos, incluyendo la investigación de los efectos de la radiación sobre la materia viva. Entre los diversos instrumentos utilizados en las investigaciones biológicas cabe citar el uso del microscopio óptico y también electrónico, centroífugadora y ultracentrífugadora, la radiografía con rayos X y los isótopos radiactivos.
Con la geología
Gran parte de la Geología moderna es en esencia un estudio de la Física de la Tierra y se conoce como Geofísica; en ella se aplican los principios físicos al estudio de la Tierra. Los geofísicos examinan los fenómenos naturales y sus relaciones con el interior terrestre; entre ellos se encuentran el campo magnético terrestre. Los flujos de calor, la vulcanología, la propagación de ondas sismicas y la fuerza de la gravedad. El campo de la Geofísica, tomada en un sentido amplio, estudia también los fenómenos extraterrestres que influyen sobre la Tierra, como las manifestaciones de la radiación cósmica y del viento solar.
Con la astronomía
La Astronomía es la ciencia que trata de las estrellas y del espacio exterior. Debido a los adelantos de la Física moderna, la Astrofísica es actualmente la parte más importante de la Astronomía, ya que busca la comprensión del nacimiento, evolución y destino final de los objetos y sistemas cósmicos, basándose en las leyes Físicas que los rigen. En cada objeto o sistema cósmico estudiado, los astrofísícos miden las radiaciones electromagnéticas emitidas y las variaciones de éstas a través del tiempo. Las medidas se utilizan para valorar la distribución y condiciones de la energía de los átomos, así como las clases de átomos que componen el objeto. La temperatura y presión del objeto se pueden evaluar utilizando las leyes de la radiación térmica.
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| Esquema del Big Bang. La materia se encuentra primero extremadamente concentrada y a gran temperatura. Al continuar la expansión, se condensa en galaxias. Las galaxias se alejan unas de las otras, lo que corresponde a la fase actual. El universo oscilante, la expansión iniciada en cada big-bang llega a un límite máximo, tras el cual se produce una contracción seguida de una nueva explosión.Según esta teoría el universo actual sería una versión de otras anteriores. |
Con la matemática
El desarrollo de la Matemática y la Física están muy vinculados entre sí. Sin conocer las matemáticas hay limitaciones para profundizar el estudio de la Física, al menos porque casi todas las leyes físicas se expresan por medio de ecuaciones. Con ayuda de los medios matemáticos pueden comprenderse mejor las leyes que se descubren en los fenómenos físicos. Galileo Ga!ilei, señaló con acierto la importancia de la matemática en el estudio de la Física:
La Filosofía está escrita en ese grandioso libro, siempre abierto ante nuestros ojos (me refiero al universo), pero que es imposible comprender si no aprendemos de antemano su lengua y no conocemos de antemano las letras con que está escrito. Su lengua es la de las matemáticas y las letras son triángulos y otras figuras geométricas, sin las cuales no se puede comprender ni siquiera una palabra en él; sin ellas solo podemos andar a ciegas por un oscuro laberinto.
La matemática es una herramienta fundamental de la Física. Otras ciencias también la utilizan en menor grado. Sin embargo la Física destaca notoriamente, pues un nuevo avance en la Física implica la aparición de nuevos problemas matemáticos, que en el mejor de los casos origina nuevas teorías matemáticas.
Por ejemplo. La descripción de algunos movimientos mecánicos iniciado por Galileo fue mejor estudiada aplicando la geometría analítica creada por René Descartes, sin embargo quedaba el problema de crear una matemática que permitiera describir de forma general cualquier tipo de movimiento mecánico, este problema fue resuelto por Isaac Newton y Leibniz al sistematizar cada uno por su parte lo mejor de su entorno y época en el cálculo diferencial e integral. Así, hoy en día apreciarnos que las matemáticas má abstractas encuentran aplicación en la Física como lo muestran las teorías modernas de la relatividad y la mecánica cuántica.
Con la filosofía
La admiración de los hombres ante lo nuevo y lo desconocido los lleva a buscar una explicación y plantearse interrogantes ¿qué es esto?, ¿por qué sucede así, ¿por qué tiene esa característica?, ¿por qué no es de otra manera? toda persona quiere indagar o conocer superficial o profundamente todo lo que nos rodea: sociedad, naturaleza y pensamiento. Partiendo de esta realidad afirmamos que toda persona sin excepción asume una actitud filosófica, hace filosofía tratando de explicar aquello que le es extraño, planteándose así una serie de interrogantes que lo motivan a descubrir y avanzar.
Respecto al vínculo entre la Física y la Filosofía es necesario recordar que estaba comprendida dentro de lo que se llamó Filosofía de la Naturaleza. Los primeros filósofos fueron hombres de ciencia polifacéticos que analizaban la esencia de los fenómenos, pero es lógico que de acuerdo a su época superando las limitaciones. descubren nuevos acontecimientos y leyes que modifican de modo radical los conocimientos anteriores concernientes a los fenómenos de la naturaleza y de la vida social, vemos cómo en el siglo XX la Física, desató una dura lucha entre la filosofía idealista con su método metafíslco de abordar los fenómenos y la filosofía científica que se apoya y sustenta en las ciencias.
En el siglo XX, la lucha filosófica con respecto de la esencia del espacio y del tiempo giró ante todo, en torno a la teoría de la relatividad, formulada por Einstein en 1905 (teoría especial) y en 1916 (teoría general). Es lógico que haya ocurrido así, pues esta teoría es una doctrina física moderna acerca del espacio y del tiempo, de las leyes que rigen los movimientos de los cuerpos, efectuados a velocidades próximas a la de la luz. La teoría de la relatividad dio un paso muy importante en la comprensión de las leves de la gravitación y proporcionó una descripción nueva de la gravitación, más profunda y exacta que la de Newton. Planteó de un modo nuevo varios problemas capitales de la física moderna, sobre todo en cuanto al espacio y el tiempo, lo que tiene gran importancia en la Filosofía.
