10 leyes y teorías científicas que deberías conocer (Parte I)
Actualizado el 27 septiembre, 2022
Los científicos tienen muchas herramientas disponibles cuando intentan describir cómo funcionan la naturaleza y el universo en general. A menudo buscan leyes y teorías primero. ¿Cuál es la diferencia? Una ley científica a menudo se puede reducir a una declaración matemática, como E = mc²; es una declaración específica basada en datos empíricos, y su verdad generalmente se limita a un cierto conjunto de condiciones. Por ejemplo, en el caso de E = mc², c se refiere a la velocidad de la luz en el vacío.
Una teoría científica a menudo busca sintetizar un cuerpo de evidencia u observaciones de fenómenos particulares. En general, aunque no siempre, es una declaración más grande y comprobable sobre cómo opera la naturaleza. No necesariamente se puede reducir una teoría científica a una declaración o ecuación concisa, pero representa algo fundamental sobre cómo funciona la naturaleza.
Tanto las leyes como las teorías dependen de elementos básicos del método científico, como generar una hipótesis, probar esa premisa, encontrar (o no encontrar) evidencia empírica y llegar a conclusiones. Finalmente, otros científicos deben poder replicar los resultados si el experimento está destinado a convertirse en la base de una ley o teoría ampliamente aceptada.
En esta primera parte, vamos a ver 5 leyes y teorías científicas que quizás desees repasar o, tal vez, no conozcas:
Teoría del Big Bang
Si vas a conocer una teoría científica, que sea la que explica cómo llegó el universo a su estado actual. Basada en investigaciones realizadas por Edwin Hubble, Georges Lemaitre y Albert Einstein, entre otros, la teoría del Big Bang postula que el universo comenzó hace casi 14 mil millones de años con un evento de expansión masiva. En ese momento, el universo estaba confinado a un solo punto, que abarcaba toda la materia del universo. Ese movimiento original continúa hoy, ya que el universo continúa expandiéndose.
La teoría del Big Bang obtuvo un amplio apoyo en la comunidad científica después de que Arno Penzias y Robert Wilson descubrieran la radiación cósmica de microondas en 1965. Utilizando radiotelescopios, los dos astrónomos detectaron ruido cósmico, o estático, que no se disipaba con el tiempo. En colaboración con el investigador de Princeton Robert Dicke, la pareja confirmó la hipótesis de Dicke de que el Big Bang original dejó una radiación de bajo nivel detectable en todo el universo.
Ley de Hubble
Quedémonos con Edwin Hubble por un segundo. Mientras la década de 1920 pasaba rugiendo y la Gran Depresión avanzaba cojeando, Hubble estaba realizando una investigación astronómica innovadora. Hubble no solo demostró que había otras galaxias además de la Vía Láctea, sino que también descubrió que estas galaxias se estaban alejando de la nuestra, un movimiento que llamó recesión.
Para cuantificar la velocidad de este movimiento galáctico, Hubble propuso la Ley de Expansión Cósmica de Hubble, también conocida como la ley de Hubble, una ecuación que establece: velocidad = H0×distancia. La velocidad representa la velocidad de recesión de la galaxia; H0 es la constante de Hubble, o parámetro que indica la velocidad a la que se expande el universo; y distancia es la distancia que hay entre la galaxia y aquella con la que se compara.
La constante de Hubble se ha calculado en diferentes valores a lo largo del tiempo, pero el valor actual aceptado es de 70 kilómetros/segundo por megaparsec (Mpc: 3,26 millones de años luz), siendo este último una unidad de distancia en el espacio intergaláctico. Para nuestros propósitos, eso no es tan importante. Lo que más importa es que la ley de Hubble proporciona un método conciso para medir la velocidad de una galaxia en relación con la nuestra. Y quizás lo más significativo es que la ley estableció que el universo está formado por muchas galaxias, cuyos movimientos se remontan al Big Bang.
Leyes de Kepler
Durante siglos, los científicos lucharon entre sí y con líderes religiosos sobre las órbitas de los planetas, especialmente sobre si orbitaban nuestro sol. En el siglo XVI, Copérnico presentó su controvertido concepto de un sistema solar heliocéntrico, en el que los planetas giraban alrededor del sol, no de la Tierra. Pero se necesitaría de Johannes Kepler, basándose en el trabajo realizado por Tyco Brahe y otros, para establecer una base científica clara para los movimientos de los planetas.
Las tres leyes del movimiento planetario de Kepler, formadas a principios del siglo XVII, describen cómo los planetas orbitan alrededor del sol. La primera ley, a veces llamada ley de la órbita, establece que los planetas giran alrededor del sol de forma elíptica. La segunda ley, la ley de las áreas, establece que una línea que conecta un planeta con el sol cubre un área igual en períodos de tiempo iguales. En otras palabras, si estás midiendo el área creada al dibujar una línea desde la Tierra hasta el Sol y rastrear el movimiento de la Tierra durante 30 días, el área será la misma sin importar dónde se encuentre la Tierra en su órbita cuando comiencen las mediciones.
La tercera, la ley de los periodos, nos permite establecer una clara relación entre el periodo orbital de un planeta y su distancia al Sol. Gracias a esta ley, sabemos que un planeta relativamente cercano al Sol, como Venus, tiene un período orbital mucho más breve que un planeta distante, como Neptuno.
VIDEO unicoos Tercera Ley de Kepler: https://youtu.be/A-TuI3FEh1A
Ley de Gravitación Universal
Podemos darlo por sentado ahora, pero hace más de 300 años, Sir Isaac Newton propuso una idea revolucionaria: que dos objetos cualesquiera, sin importar su masa, ejercen una fuerza gravitatoria entre sí. Esta ley está representada por una ecuación que muchos estudiantes de secundaria encuentran en la clase de física. Va de la siguiente manera:
F = G × [(m1m2)/r2]
F es la fuerza gravitacional entre los dos objetos, medida en Newtons. m1 y m2 son las masas de los dos objetos, mientras que r es la distancia entre ellos. G es la constante gravitatoria, 6,672 × 10-11 N m2 kg-2
El beneficio de la ley universal de la gravitación es que nos permite calcular la atracción gravitatoria entre dos objetos. Esta capacidad es especialmente útil cuando los científicos están, por ejemplo, planeando poner un satélite en órbita.
Leyes de Newton
Ya que estamos hablando de uno de los más grandes científicos que jamás haya existido, pasemos a las otras famosas leyes de Newton. Sus tres leyes del movimiento forman un componente esencial de la física moderna. Y como muchas leyes científicas, son bastante elegantes en su simplicidad.
La primera de las tres leyes establece que un objeto en movimiento permanece en movimiento a menos que una fuerza externa actúe sobre él. Para una pelota que rueda por el suelo, esa fuerza externa podría ser la fricción entre la pelota y el suelo, o podría ser el niño pequeño que patea la pelota en otra dirección.
La segunda ley establece una conexión entre la masa de un objeto (m) y su aceleración (a), en la forma de la ecuación F = m×a. F representa la fuerza, medida en Newtons. También es un vector, lo que significa que tiene un componente direccional. Debido a su aceleración, esa bola que rueda por el suelo viaja siguiendo un vector particular, con su dirección y sentido correspondiente, y se tiene en cuenta al calcular su fuerza.
La tercera ley es bastante concisa y debería resultarte familiar: para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Es decir, por cada fuerza aplicada a un objeto o superficie, ese objeto empuja en sentido contrario con la misma fuerza.
10 leyes y teorías científicas que deberías conocer (Parte II):
- Leyes de la Termodinámica
- Principio de flotabilidad de Arquímedes
- Evolución y Selección Natural
- Teoría de la Relatividad General
- Relación de indeterminación de Heisenberg
Fuente: Howstuffworks
