Antes de que Galileo y Newton comenzaran a desentrañar los secretos del universo, nuestra comprensión de todo lo que había en él estaba casi totalmente ausente..

No hubo una explicación científicamente plausible para ninguno de los fenómenos en el cielo nocturno ni una comprensión real de ninguna fuerza de la naturaleza..

En resumen, éramos las personas en Juego de tronos pero sin los dragones y la magia y los zombies.

Sin embargo, en lugar de pasar miles de años construyendo grandes muros en lugar de inventar cosas, hemos utilizado la disciplina de la física para proporcionar respuestas a muchos de los misterios de la existencia, y con ese conocimiento, la raza humana ha logrado cosas increíbles..

Desde potenciar la revolución industrial hasta encender la era eléctrica y descubrir los secretos de las estrellas, la física ha sustentado nuestra aventura tecnológica en el siglo XXI..

1. Las leyes del movimiento de Newton.

Antes de Isaac Newton, nuestra comprensión de cómo se movían los objetos en el universo provino de los antiguos griegos. ¿Por qué los objetos caen a la tierra? Aristóteles pensó que podría ser porque los objetos anhelaban unirse con el suelo. ¿Y por qué se ralentizan cuando los pones en movimiento? Porque se cansan, naturalmente.

Las leyes del movimiento infinitamente más avanzadas de Newton se publicaron por primera vez en sus legendarios Principia en 1687, más de 2000 años después de la muerte de Artistotle. En él, no solo por primera vez describió definitivamente la fuerza de gravedad que gobierna el movimiento de los objetos celestes como cometas, estrellas y planetas, sino también los comportamientos de objetos más importantes vinculados a la Tierra como barcos de guerra, balas de cañón, edificios y ... peras.

1ª ley:

Un objeto está en reposo o se mueve a una velocidad constante, a menos que sea accionado por una fuerza externa.

2ª ley:

La aceleración de un objeto es directamente proporcional a, y en la misma dirección que la fuerza neta que actúa sobre él, e inversamente proporcional a su masa. Por lo tanto, F = ma.

3ª ley:

Cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro, el segundo cuerpo ejerce simultáneamente una fuerza igual en magnitud y opuesta en dirección a la del primer.

Las tres leyes del movimiento de Newton estimularon finalmente la revolución industrial de los siglos XVIII y XIX. Las máquinas ahora operan de acuerdo con leyes bien definidas y entendidas: locomotoras de vapor, fábricas y máquinas herramientas fueron concebidas y diseñadas con la ciencia newtoniana..

Sus matemáticas también jugaron un papel decisivo en la construcción de los primeros rascacielos: la segunda ley se puede usar para calcular todas las fuerzas que actúan en cada pulgada cuadrada de cada ladrillo de su casa. La tercera ley, mientras tanto, es clave para comprender la propulsión a chorro, que sigue siendo nuestro único medio para llegar al espacio..

2. Ley de Faraday.

Si la gravedad fue la primera fuerza del universo en ser verdaderamente dominada, la segunda fue algo que estás usando en este momento: la fuerza unificada de la electricidad y el magnetismo conocida como electromagnetismo..

Durante milenios, los humanos han observado la magnificencia y el terror de las tormentas eléctricas en los cielos nublados. Las antiguas civilizaciones paranoicas creían que los dioses enojados y mezquinos eran responsables de los relámpagos, y no fue hasta el siglo XIX cuando aprendimos a aprovechar esta fuerza sobre la Tierra..

Michael Faraday, un famoso científico como Brian Cox o Neil deGrasse Tyson hoy, dio a conocer la asombrosa cantidad de electricidad estática y más en la Royal Society en el siglo XIX en Londres..

Su mayor contribución a la civilización moderna fue a través de lo que se conoció como la Ley de Faraday, el descubrimiento de la inducción. En esencia, es la comprensión de que si coloca un cable en un campo magnético y lo mueve, el campo magnético empujará los electrones en el cable para crear una corriente eléctrica. El motor eléctrico nació en el lugar y la electricidad se dominó como una herramienta utilizable por primera vez..

"Cualquier cambio en el entorno magnético de una bobina de cable inducirá un voltaje en él".

Esta transformación de la electricidad de una curiosidad en una nueva tecnología poderosa sentó las bases de la revolución eléctrica que siguió, cambiando todas las facetas de la vida humana en el mundo desarrollado. Permitió que Nikola Tesla y otros jugaran con bombillas tempranas, desbloqueando el poder de la luz artificial. Se combinó espectacularmente con la física de Newton para crear centrales hidroeléctricas. Permitió la creación de cada artilugio eléctrico que se haya inventado..

La telefonía fue una de las consecuencias más inmediatas y transformadoras de esta época. Permitió la comunicación a larga distancia en forma de telegramas y teléfonos posteriores, una tecnología que se conectaría de forma inalámbrica gracias a las ondas electromagnéticas de James Clerk Maxwell ...

3. Las ecuaciones de Maxwell.

Michael Faraday nunca fue capaz de desarrollar y completar completamente su trabajo con electricidad y magnetismo, por lo que se dejó a James Clerk Maxwell en 1862 para hacer el descubrimiento más importante en toda la ciencia..

Las ecuaciones de Maxwell describen la relación entre la electricidad y el magnetismo en el lenguaje de las matemáticas. Pensó que debían ser fenómenos estrechamente relacionados, y luego descubrió que podían combinarse para crear ondas oscilantes. Usó la ciencia pionera de la era para calcular la velocidad de estas ondas y para asombro de todos, era exactamente la velocidad de la luz. Se dio cuenta de que esto no era una coincidencia, que la luz misma es una onda electromagnética oscilante..

Este trabajo sentó las bases para, entre un millón de otras cosas, un cambio en los diagnósticos medicinales, que permite máquinas tan increíbles como las radiografías y las tomografías PET posteriores y las máquinas de resonancia magnética. Al comprender cómo funcionaba el electromagnetismo, pudo ponerlo en manos de quienes lo seguían..

4. Segunda ley de la termodinámica.

También conocida como la ley de la entropía, y expresada en primer lugar por el francés Sadi Carnot en 1824, esta es un área de la física que la mayoría de la gente conoce muy bien sin siquiera tener que pensar en ello. Se basa en el hecho de que, con el tiempo, las diferencias de temperatura y otros tipos de energía siempre disminuirán a un estado de equilibrio termodinámico..

"La entropía de un sistema aislado que no está en equilibrio tenderá a aumentar con el tiempo, acercándose a un valor máximo en equilibrio".

En otras palabras, es por eso que te enfrías cuando sales a la nieve. Esta es una ley que eventualmente deletreará la muerte térmica del universo, y es una de las razones principales por las que te pones ropa esta mañana..

La comprensión de la física de estos procesos llevó a la invención de tecnologías que cambian el mundo, como la refrigeración. Sin refrigeración, estaríamos sin alimentos frescos y trasplantes de órganos. El mismo principio rige el uso de disipadores de calor para disipar el calor de los microchips calientes dentro de nuestras computadoras. Microchips de mmmm.

5. Teoría atómica.

Nuestra comprensión de los componentes básicos de la materia, los átomos, provocó la siguiente era tecnológica. La era de la computadora.

Sin duda, el invento más impactante de esta ciencia fue el humilde transistor de principios del siglo XX. Sin transistores, es muy dudoso que tengamos computadoras, teléfonos inteligentes o cualquier dispositivo electrónico similar a lo que vemos hoy..

Los transistores están hechos de material semiconductor y se utilizan para controlar el movimiento de electrones a través de un circuito. Los primeros dispositivos electrónicos que utilizaron transistores fueron las primeras radios: estos primeros sistemas de comunicaciones verdaderamente inalámbricos se comunicaban entre sí mediante el uso de ondas de luz con la longitud de onda más larga del espectro electromagnético: ondas de radio.

Esta tecnología de transistores se adaptó muy rápidamente y se usó para reemplazar los primitivos tubos de vacío en las primeras computadoras, lo que redujo drásticamente el tamaño, el peso y, fundamentalmente, el costo de construirlos..

El primer transistor de silicio fue creado más tarde en 1954 por Texas Instruments, poniendo en marcha la era de la computadora. El silicio era un material ideal debido a su abundancia en el universo, así como a sus propiedades semiconductoras. Al empaquetar una gran cantidad de transistores en una pieza de silicona, las computadoras de repente pudieron realizar una gran cantidad de cálculos en muy poco tiempo.

La ley de Moore se relaciona con la predicción de Gordon E Moore de Intel de que el número de transistores en circuitos integrados de cierto tamaño se duplicaría cada dos años, duplicando efectivamente la potencia de cómputo. Los chips de computadora Haswell de la generación actual de Intel utilizan transistores de solo 22 nm de ancho, mucho más pequeños que el ancho de un cabello humano, lo que permite una producción más económica, más cálculos más rápidos y más simultáneos y una mejor eficiencia operativa.

La ley de Moore finalmente fracasará: los transistores serán tan pequeños que se verán afectados por la extraña realidad del mundo cuántico y, por lo tanto, habrán alcanzado su tamaño óptimo.

6. Teoría cuántica

La mecánica cuántica es un área de la física fundamental que trata el fenómeno natural que se encuentra en las escalas más diminutas que se puedan imaginar. Hemos manejado el mundo cuántico durante más de 100 años, pero apenas estamos empezando a hacer cosas increíbles con él..

Los jives de Einstein pueden explicar la forma en que la gravedad da forma al universo, pero no dicen nada sobre las formas aparentemente poco intuitivas en que los átomos y las partículas subatómicas interactúan entre sí y con el universo..

Su navegador por satélite es un dispositivo que simplemente no existiría sin esta comprensión de la física cuántica. El sistema de posicionamiento global requiere la capacidad de indicar la hora con una precisión de una mil millonésima de segundo, y para esto tenemos que usar relojes atómicos..

Cómo funcionan los relojes atómicos

Dentro de los relojes atómicos están los átomos de cesio, un metal raro. Los electrones en los átomos de cesio están hechos para saltar a un nivel de energía más alto lejos del núcleo. Luego, cuando vuelven a caer, emiten un fotón de luz. Estos haces de luz pulsan 9 mil millones de veces por segundo, y cada uno desempeña el papel de un tick en el segundo atómico.

Un módulo GPS calcula su posición mediante la triangulación de los códigos de tiempo de los satélites en órbita a una distancia conocida sobre la cabeza. Incluso una minúscula inexactitud con cualquiera de estos códigos de tiempo haría que el sistema se apagara en la medida en que se vuelva completamente inútil. En resumen, sin una comprensión del mundo cuántico, el posicionamiento global sería imposible.

¿Y qué hay de tu reproductor de Blu-ray? Los láseres en su interior también son un producto de la ciencia cuántica. Funcionan estimulando los electrones que orbitan los átomos en un gas, que luego se emiten como fotones de luz..

Los láseres son increíbles y se utilizan para todo tipo de cosas en la actualidad, desde la lectura de datos desde discos ópticos hasta armas de energía naval antipiratería e incluso la estimulación de reacciones de fusión en estaciones de energía experimentales donde los físicos intentan desbloquear el potencial de La famosa ecuación de Einstein e = mc2. Quieren liberar el poder de las estrellas..

El poder de fusión algún día desbloqueará cantidades infinitas de energía limpia, lo que probablemente permitirá la próxima gran era en el esfuerzo humano.

7. Un futuro cuántico.

Si bien ya hemos hecho uso de la ciencia cuántica, sin duda esta área de la física aún no ha revelado la mayoría de sus secretos. Llegará el momento en que las personas del futuro vean nuestra comprensión del universo y se rían de lo poco que sabíamos. En resumen, estamos todavía la gente en juego de tronos.

Quantum tiene el poder de cambiar el mundo de una manera similar a la forma en que las leyes de movimiento de Newton iniciaron la revolución industrial..

En el corazón de la mecánica cuántica se encuentra la idea contraintuitiva de que las partículas subatómicas pueden estar en más de un lugar al mismo tiempo. Esta ley fundamental de la naturaleza se utiliza para diseñar computadoras cuánticas: computadoras que son más potentes que su computadora portátil en muchos órdenes de magnitud.

Mientras que las computadoras actuales usan bits en forma de 0 y 1, los procesadores cuánticos usan bits cuánticos (qubits) que pueden ser 1 y 0 y todo lo demás, todo al mismo tiempo. Entonces, al buscar la respuesta a un problema, no intentará las posibles respuestas de forma secuencial y tomará un millón de años, solo calculará todas las respuestas potenciales de una vez y elegirá la mejor..

Solo uno de los primeros beneficios de Quantum ha sido el cifrado cuántico. Debido a que el mero hecho de observar una partícula cuántica la cambiará (el efecto observador), se puede usar para garantizar el intercambio seguro de información a través de Internet. Por ejemplo, si codifica un 1 o un 0 en un fotón de luz y lo envía a un amigo, si un tercero interceptara y viera esa información, la cambiarían fundamentalmente, alertándole a usted y a su amigo..

Los bancos y las agencias de inteligencia ya utilizan esta forma de cifrado cuántico, pero en el futuro, toda la seguridad digital podría girar en torno a ella..

¿Otros usos? Use su imaginación. Imagine un procesador cuántico en la PlayStation 26, que habilita los gráficos fotorrealistas AmazingD.

Los puntos cuánticos ya se están alineando para liderar la carga en la guerra contra el cáncer, el enredo cuántico podría llevar al desarrollo de paneles solares increíbles o más rápido que la comunicación luminosa.

La nanotecnología por sí sola podría cambiar completamente la forma en que practicamos la medicina, explorar el universo y vivir nuestras vidas día a día..

En TechRadar prevemos un futuro relajante en el que podemos usar una gran computadora cuántica para simular un número infinito de monos para escribir nuestras páginas para nosotros. Opiniones de mono! El futuro será un lugar maravilloso..

Ilustraciones de Jane Wan

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