Física teórica
La física teórica es una rama de la física que emplea modelos matemáticos y abstracciones de objetos y sistemas físicos para racionalizar, explicar y predecir fenómenos naturales . Esto contrasta con la física experimental , que utiliza herramientas experimentales para probar estos fenómenos.
El avance de la ciencia generalmente depende de la interacción entre los estudios experimentales y la teoría . En algunos casos, la física teórica se adhiere a los estándares de rigor matemático mientras da poca importancia a los experimentos y observaciones. [a] Por ejemplo, mientras desarrollaba la relatividad especial , Albert Einstein estaba preocupado por la transformación de Lorentz que dejaba invariantes las ecuaciones de Maxwell , pero aparentemente no estaba interesado en el experimento de Michelson-Morley sobre la deriva de la Tierra a través de un éter luminífero . [1]Por el contrario, Einstein fue galardonado con el Premio Nobel por explicar el efecto fotoeléctrico , anteriormente un resultado experimental que carecía de una formulación teórica. [2]
Una teoría física es un modelo de eventos físicos. Se juzga por la medida en que sus predicciones concuerdan con las observaciones empíricas. La calidad de una teoría física también se juzga por su capacidad para hacer nuevas predicciones que pueden verificarse mediante nuevas observaciones. Una teoría física se diferencia de un teorema matemático en que, si bien ambos se basan en alguna forma de axiomas , el juicio de aplicabilidad matemática no se basa en la concordancia con ningún resultado experimental. [3] [4] Una teoría física difiere de manera similar de una teoría matemática , en el sentido de que la palabra "teoría" tiene un significado diferente en términos matemáticos. [B]
Las ecuaciones de una variedad de Einstein , utilizadas en la relatividad general para describir la curvatura del espacio-tiempo .
Una teoría física involucra una o más relaciones entre varias cantidades medibles. Arquímedes se dio cuenta de que un barco flota desplazando su masa de agua, Pitágoras entendió la relación entre la longitud de una cuerda que vibra y el tono musical que produce. [5] [6] Otros ejemplos incluyen la entropía como una medida de la incertidumbre con respecto a las posiciones y movimientos de las partículas invisibles y la idea de la mecánica cuántica de que la ( acción y ) la energía no son continuamente variables.
La física teórica consta de varios enfoques diferentes. En este sentido, la física teórica de partículas constituye un buen ejemplo. Por ejemplo: los " fenomenólogos " pueden emplear fórmulas ( semi ) empíricas y heurísticas para estar de acuerdo con los resultados experimentales, a menudo sin una comprensión física profunda . [c] Los "modeladores" (también llamados "constructores de modelos") a menudo se parecen mucho a los fenomenólogos, pero tratan de modelar teorías especulativas que tienen ciertas características deseables (en lugar de datos experimentales), o aplican las técnicas de modelado matemático a problemas de física . . [D] Algunos intentan crear teorías aproximadas, llamadas teorías efectivas , porque las teorías completamente desarrolladas pueden considerarse irresolubles o demasiado complicadas . Otros teóricos pueden tratar de unificar , formalizar, reinterpretar o generalizar teorías existentes, o crear otras completamente nuevas. [e] A veces, la visión proporcionada por los sistemas matemáticos puros puede proporcionar pistas sobre cómo se puede modelar un sistema físico; [f] por ejemplo, la noción, debida a Riemann y otros, de que el espacio mismo podría ser curvo. Los problemas teóricos que necesitan investigación computacional son a menudo la preocupación de la física computacional .