FÍSICA

 

MAGNITUDES FÍSICAS

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Las mediciones han sido importantes desde que los seres humanos se establecieron, abandonando su estilo de vida nómada y comenzó la agricultura, la construcción de asentamientos estables, ocupando el terreno y negociando con sus vecinos. Conforme la sociedad se ha vuelto más orientada hacia por la tecnología, se han requerido mayores precisiones en las medidas en un conjunto de campos que se incrementa cada vez más, desde la microelectrónica hasta las distancias interplanetarias.

Una de las unidades más antiguas de longitud fue el codo. El codo fue definido como la longitud del brazo desde la punta del dedo medio hasta el codo. Otras unidades menores fueron el pie (unidad), la mano o el dedo. El codo podía variar considerablemente debido a los diferentes tamaños entre una persona y otra.4

Después de la publicación de la relatividad especial de Albert Einstein, la longitud no pudo ya verse como una magnitud invariante en todos los marcos de referencia. Por esta razón, una regla que mida un metro de longitud en un marco de referencia no medirá la misma cantidad en otro marco de referencia que se mueva a una velocidad relativa al primer marco. Esto significa que la longitud es variable, dependiendo del observador.

Si bien el concepto de masa de un objeto y el peso son nociones precientíficas, es a partir de las reflexiones de René Descartes y muy especialmente a partir de Isaac Newton que surge la noción moderna de masa. Así, el concepto de masa surge de la confluencia de dos leyes: la ley de gravitación universal de Newton y la segunda ley de Newton (o 2º principio). Según la ley de la gravitación universal, la atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de dos constantes, denominadas masa gravitacional —una de cada uno de ellos—, siendo así la masa gravitatoria una propiedad de la materia en virtud de la cual dos cuerpos se atraen; por la 2ª ley de Newton, la fuerza aplicada sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que experimenta, denominándose a la constante de proporcionalidad: masa inercial del cuerpo.

Para Einstein la gravedad es una consecuencia de la geometría del espacio-tiempo: una curvatura de la geometría del espacio-tiempo por efecto de la masa de los cuerpos.2

Ni para Newton ni para otros físicos anteriores a Einstein, era obvio que la masa inercial y la masa gravitatoria coincidieran. József Eötvös llevó a cabo experimentos muy cuidados para detectar si existía diferencia entre ambos, pero ambas parecían coincidir con alta precisión y posiblemente serían iguales. De hecho, todos los experimentos muestran resultados compatibles con la igualdad de ambas. Para la física clásica prerrelativista esta identidad era accidental. Ya Newton, para quien peso e inercia eran propiedades independientes de la materia, propuso que ambas cualidades son proporcionales a la cantidad de materia, a la cual denominó "masa". Sin embargo, para Einstein, la coincidencia de masa inercial y masa gravitacional fue un dato crucial y uno de los puntos de partida para su teoría de la relatividad y, por tanto, para poder comprender mejor el comportamiento de la naturaleza. Según Einstein, esa identidad significa que: «la misma cualidad de un cuerpo se manifiesta, de acuerdo con las circunstancias, como inercia o como peso.»

Esto llevó a Einstein a enunciar el principio de equivalencia: «las leyes de la naturaleza deben expresarse de modo que sea imposible distinguir entre un campo gravitatorio uniforme y un sistema referencial acelerado.» Así pues, «masa inercial» y «masa gravitatoria» son indistinguibles y, consecuentemente, cabe un único concepto de «masa» como sinónimo de «cantidad de materia», según formuló Newton.

En palabras de D. M. McMaster: «la masa es la expresión de la cantidad de materia de un cuerpo, revelada por su peso, o por la cantidad de fuerza necesaria para producir en un cuerpo cierta cantidad de movimiento en un tiempo dado.»3

En la física clásica, la masa es una constante de un cuerpo. En física relativista, la masa aparente es función de la velocidad que el cuerpo posee respecto al observador (de hecho, en relatividad se abona la idea fundamental de definir la masa "verdadera" como el valor de la fuerza entre la aceleración experimentada, ya que este cociente depende de la velocidad). Además, la física relativista demostró la relación de la masa con la energía, quedando probada en las reacciones nucleares; por ejemplo, en la explosión de una bomba atómica queda que la masa no se conserva estrictamente, como sucedía con la masa mecánica de la física prerrelativista.

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