Estado físico


Un estado físico es cada una de las situaciones o formas físicamente distinguibles mediante la medición de alguna(s) propiedad(es) que puede adoptar un sistema físico en su evolución temporal. Es decir, en un sistema físico que está sufriendo cambios, un estado físico es cualquiera de las situaciones posibles como resultado de estos cambios.

La definición anterior es muy abstracta, y toma sentidos ligeramente diferentes, según la teoría física de que se trate, por eso merece explicar el término más concretamente en cada contexto donde aparece. En particular el término aparece en los siguientes contextos de la física:

En mecánica clásica el estado de movimiento de una partícula queda determinado por la posición y velocidad. Eso determina a su vez su energía potencial y su energía cinética. Además conocida la posición y velocidad (vector tangente a la trayectoria) en la posición inicial, el teorema fundamental de curvas implica que la trayectoria será totalmente conocida si especificamos las fuerzas implicadas para todo instante futuro.

Debido a lo anterior, una manera conveniente de representar el conjunto del estados posibles de una partícula es especificar el par (x, v) (posición, velocidad) o el par (x, p) (posición, cantidad de movimiento). De hecho la posición x es generalmente un punto de ℝ³ o bien un punto del llamado espacio de configuración (para cuando se usan coordenadas no cartesianas), la velocidad es siempre un vector del espacio tangente al espacio de configuración (que como caso particular puede ser ℝ³). Así pues como espacio de estados, se seleccionada el fibrado tangente del espacio de configuración que es lo que conocemos como espacio fásico.

Para sólidos rígidos puesto que tienen un número finito de grados de libertad podemos construir igualmente un espacio de configuración formado por coordenadas que definan la posición de un cierto punto (como el centro de masa), coordenadas que definan la orientación. El fibrado tangente del anterior vuelve a ser un espacio fásico adecuado para representar todos los estados de movimiento del sólido rígido.

En mecánica cuántica no-relativista, el estado físico de una partícula comúnmente queda especificado por el valor de un conjunto maximal del observables compatibles (CCOC). Estos observables se modelizan como operadores autoadjuntos definidos sobre un espacio de Hilbert complejo y separable. El valor medio de una magnitud física A, obtenible a partir de productos escalares en el espacio de Hilbert del tipo: