¿De qué área o materias concretas se ocupa el que investiga la Estructura de la Materia?

Desde un punto de vista muy básico, podríamos decir que la materia está organizada en diferentes escalas de longitud y energía, cada una de las cuales es relevante en un rango de temperaturas específico. La Teoría de la Estructura de la Materia se ocupa de la organización de la materia a escala microscópica, es decir, a escala molecular o más pequeña. En este sentido, se puede decir que cuando uno estudia un gas molecular, está investigando la Estructura de la Materia; pero también es Estructura de la Materia el estudio de las propiedades de un núcleo atómico o de los quarks. En realidad, el concepto de Estructura de la Materia es muy general, casi tanto como el de Física.

Física de hoy, Mundo cuántico.

Aunque se afirma que la física cuántica nació con el descubrimiento de Planck, en 1900, lo cierto es que su formulación se inició hasta 1925, con los trabajos de otro físico alemán, Werner Heisenberg. Es indudable que la mecánica cuántica, como casi todas las teorías científicas modernas, es una obra colectiva resultante de una gran variedad de esfuerzos personales realizados durante muchos años y en diversos lugares. Sin embargo, buscando los antecedentes determinantes de lo que ahora sabemos de ese campo, es imposible pasar por alto un artículo –fechado en 1925– en el que Heisenberg señaló la importancia de cambiar la formulación matemática de los fenómenos que ocurren en el mundo atómico.

A partir de 1926, el desarrollo de la mecánica cuántica fue espectacular. En ese año Erwin Schrödinger (físico austriaco) formuló la famosa ecuación que desde entonces lleva su nombre y con ella los físicos iniciaron la construcción del gran edificio que alberga ahora las explicaciones de los fenómenos atómicos y moleculares. Poco después se puso en limpio la estructura matemática de la teoría cuántica, especialmente por los trabajos del físico inglés Paul Adrien, Maurice Dirac y del matemático estadounidense, de origen húngaro, John von Neumman. Los logros de la mecánica cuántica fueron tantos que enumerarlos llenaría esta revista. Sin embargo no todo era miel sobre hojuelas, pues la lista de problemas pendientes también fue creciendo.

Un viaje a la historia antigua

La teorías cosmológicas más antiguas datan de 4000 a.C., y son los de los pueblos mesopotámicos los que creían que la Tierra era el centro del Universo, y que todos los demás cuerpos celestes giraban a su alrededor.

• Tolomeo: famoso astrónomo y matemático nacido en Grecia. Sus teorias dominaton el pensamiento científico hasta el siglo XVI. Tolomeo propuso una versión detallada de la visión geocéntrica del universo, presentado a la Tierra inmóvil, con los planetas, la Luna y el Sol girando a su alrededor.
• Copernico: (1473-1543), conocido según su teoria la cual colocaba al Sol en el centro del universo, y la Tierra completaba cada año una vuelta alrededor del Sol. Este sistema recibió el nombre de heliocéntrico. El nuevo y acertado modelo fue rechazado por la iglesia pero poco a poco fue ganando aceptación científica. Además Copérnico aseguraba que la Tierra se inclinaba sobre su eje. En el siglo XVII, debido al auge de las Teorías de Newton sobre la gravitación, pensadores de Gran Bretaña, Francia, Paises Bajos y Dinamarca aceptaron a Copérnico.
• Galileo Galilei: (1564-1642)  Copérnico demostró que la Tierra gira sobre su eje y describe una órbita alrededor del sol. Considendo sus implicaciones, era una suposición más bien peligrosa, en esos tiempos, que provocó preguntas tan aventuradas como: ¿Por qué los objetos caen a la Tierra en vez de errar en el espacio? Y en este esquema herético de las cosas en el que la Tierra no era el centro, ¿dónde estaba Dios? Arriesgando algo más que su estatus privilegiado en Roma, Galileo contribuyó a responder a tales preguntas con la formulación de la "Ley de la inercia". Con el siguiente video adjunto se puede distinguir entre la descripción aristotélica y galileana del movimiento, reconocer que la descripción de un movimiento no es la misma cuando este se analiza desde distintos sistemas de referencia, que las trayectorias parabólicas son el resultado de la composición de una velocidad constante en dirección horizontal y una aceleración vertical constante.  
• Kepler: (1571-1603), descubrió que los planetas giran el órbitas elípticas a velocidad variable, de acuerdo con las tres leyes definidas por este, conocidas como leyes de Kepler.
• Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos. 
• Segunda Ley (1609): El radio vector que une un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. La Ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio) su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio). En el afelio y en el perihelio, el momento anguar L es el producto de la masa del planeta, su velocidad y su distancia al centro del Sol.

• Tercera Ley (1618): Para cualquier planeta, el cuadrado de su periodo orbital es directamente proporcional al cubo de la longitud del semejante mayor c de su órbita elíptica.

• Huygens: Los trabajos de Huygens en Física se centraron principalmente en dos campos: la mecánica y la óptica. Él halló la expresión exacta de la fuerza centrífuga en un movimiento circular, la teoría del centro de oscilación, el principio de la conservación de las fuerzas vivas (antecedente del principio de la conservación de la energía) centrándose esencialmente en las colisiones entre partículas y el funcionamiento del péndulo simple y del reversible. En el campo de la óptica elaboró la teoría ondulatoria de la luz, partiendo del concepto de que cada punto luminoso de un frente de ondas puede considerarse una nueva fuente de ondas (Principio de Huygens). A partir de esta teoría explicó, en su obra Traité de la lumière, la reflexión, refracción y doble refracción de la luz. Dicha teoría quedó definitivamente demostrada por los experimentos de Thomas Young, a principios del siglo XIX. 

Historia de la Física cuántica

Sipnosis del libro adjuntado:
La física cuántica, la rama de la física que se ocupa de la estructura de la materia y de la radiación, constituye una de las empresas científicas más complejas y fascinantes de la humanidad. Al tratar de hacer su historia, nos encontramos con que a la dificultad de reconstruir sus orígenes y desarrollo, se suma lo dilatado del período temporal a lo largo del cual se extiende la física cuántica, así como el gran número de científicos que participaron en su elaboración.

Historia de la física cuántica

José Manuel Sánchez Ron