Física moderna
La física moderna reúne las teorías del siglo XX, como la cuántica y la relatividad, que explican lo muy pequeño y lo muy rápido.
La física moderna es el conjunto de teorías desarrolladas desde comienzos del siglo XX, sobre todo la mecánica cuántica y la relatividad, que explican fenómenos que la física clásica no lograba describir: el comportamiento de átomos y partículas, la luz y los objetos que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz.
¿Qué es la física moderna?
A finales del siglo XIX la física clásica, formada por la mecánica de Newton, el electromagnetismo de Maxwell y la termodinámica, parecía casi completa. Sin embargo, algunos problemas resistían: la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico, la estabilidad de los átomos y la ausencia de un «éter» detectable. Resolverlos exigió ideas radicalmente nuevas y dio origen a la física moderna.
No sustituye a la física clásica, sino que la amplía: las leyes de Newton siguen siendo válidas y muy precisas para objetos grandes y velocidades pequeñas, y se obtienen como caso límite de las teorías modernas.
Hitos fundamentales
| Año | Hito | Autor |
|---|---|---|
| 1900 | Hipótesis de los cuantos de energía | Max Planck |
| 1905 | Relatividad especial y explicación del efecto fotoeléctrico | Albert Einstein |
| 1911-1913 | Modelo nuclear del átomo y modelo atómico cuantizado | Rutherford y Bohr |
| 1915 | Relatividad general | Albert Einstein |
| 1924-1927 | Dualidad onda-corpúsculo, mecánica matricial y ondulatoria, principio de incertidumbre | De Broglie, Heisenberg, Schrödinger |
| 1932 | Descubrimiento del neutrón | James Chadwick |
Ramas de la física moderna
Mecánica cuántica
Describe el mundo a escala atómica y subatómica. Sus ideas centrales son la cuantización de la energía, la dualidad onda-corpúsculo y la naturaleza probabilística de las medidas. Se desarrolla en mecánica cuántica.
Relatividad
La relatividad especial trata de objetos que se mueven a velocidad constante y establece que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores. La general interpreta la gravedad como curvatura del espacio-tiempo. Más información en teoría de la relatividad.
Física atómica, nuclear y de partículas
Estudian la estructura del átomo, del núcleo y de las partículas subatómicas, así como las interacciones fundamentales que las gobiernan. Dan lugar al modelo estándar.
Física de la materia condensada y cosmología
La primera explica sólidos, semiconductores y superconductores con herramientas cuánticas. La segunda aplica la relatividad y la física de partículas al origen y evolución del universo.
Fórmulas esenciales
Energía de un fotón de frecuencia f, con h = 6,626 · 10⁻³⁴ J·s (constante de Planck).
Equivalencia entre masa y energía, con c = 299 792 458 m/s.
Longitud de onda de De Broglie de una partícula de momento p.
Principio de incertidumbre de Heisenberg, con ħ = h/2π.
Factor de Lorentz y dilatación del tiempo.
Aplicaciones
- Electrónica y semiconductores: los transistores y los chips funcionan gracias a la física cuántica de sólidos.
- Láser: basado en la emisión estimulada, descrita por Einstein en 1917.
- Medicina: resonancia magnética, tomografía por emisión de positrones y radioterapia.
- Energía nuclear: fisión y fusión liberan energía según E = mc².
- GPS: necesita correcciones relativistas para mantener la precisión de los relojes de los satélites.
- Células fotovoltaicas: convierten luz en electricidad mediante el efecto fotoeléctrico.
Ejercicios resueltos
1. Calcula la energía de un fotón de luz verde de longitud de onda 500 nm.
E = h·c/λ = 6,626 · 10⁻³⁴ · 3,00 · 10⁸ / 5,00 · 10⁻⁷ = 3,98 · 10⁻¹⁹ J, que equivale a unos 2,5 eV.
2. Una nave viaja a v = 0,8c. Según el reloj de la Tierra, ¿cuánto dura un viaje que para la tripulación son 6 años?
γ = 1/√(1 − 0,64) = 1/0,6 = 1,667. Δt = γ·Δt₀ = 1,667 · 6 = 10 años.
3. ¿Qué energía equivale a la masa en reposo de 1 g de materia?
E = m·c² = 0,001 kg · (3,00 · 10⁸ m/s)² = 9 · 10¹³ J, comparable a la energía liberada por unas 20 kilotoneladas de TNT.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre física clásica y moderna?
La clásica describe bien el mundo cotidiano: objetos de tamaño normal y velocidades pequeñas. La moderna es necesaria a escalas atómicas, a velocidades cercanas a la de la luz y en campos gravitatorios muy intensos.
¿Cuándo empezó la física moderna?
Suele fijarse en 1900, con la hipótesis de Planck sobre los cuantos de energía, y se consolida con los trabajos de Einstein en 1905 y con la mecánica cuántica en los años veinte.
¿Quién es considerado el padre de la física moderna?
No hay un único padre. Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg y Schrödinger fueron decisivos. Einstein y Planck suelen citarse como figuras iniciales.
¿Siguen siendo útiles las leyes de Newton?
Sí. Para ingeniería, mecánica de estructuras o vuelo de aviones son más que suficientes. Las teorías modernas coinciden con ellas en su campo de validez.
¿Son compatibles la mecánica cuántica y la relatividad general?
Funcionan muy bien por separado, pero aún no existe una teoría completa que las unifique. Es uno de los grandes problemas abiertos de la física actual.
Referencias
- Krane, K. S. Modern Physics. Wiley.
- Tipler, P. A. y Llewellyn, R. A. Física moderna. Reverté.
- Feynman, R. P., Leighton, R. B. y Sands, M. The Feynman Lectures on Physics. Addison-Wesley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Física moderna». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/fisica-moderna/
