The Map of Physics

Summary

Este video ofrece un mapa de la física, dividida en tres áreas principales: Física Clásica, Física Cuántica y Relatividad. Explora temas desde la óptica y la mecánica de fluidos hasta la termodinámica y la electromagnetismo. Menciona a científicos como Newton y Einstein, y teorías como la Relatividad y la Mecánica Cuántica. Aborda misterios como la energía oscura y la materia oscura, y cuestiones filosóficas que motivan la física, invitando a reflexionar sobre la naturaleza fundamental de la realidad.

Takeaways

• 🌌 La física es un campo amplio que abarca desde las galaxias hasta las partículas subatómicas.
• 📊 La física se puede dividir en tres partes principales: física clásica, física cuántica y relatividad.
• 🔍 Isaac Newton formuló las leyes del movimiento y la ley de gravitación universal, y también inventó el cálculo.
• 🌈 La óptica es la rama de la física que estudia la luz y cómo viaja a través de diferentes materiales.
• 🌊 La mecánica de fluidos describe el flujo de líquidos y gases, y es crucial para entender la aerodinámica.
• ⚙️ La termodinámica trata sobre la energía y cómo se transforma de una forma a otra, incluyendo el concepto de entropía.
• 🌐 La relatividad general de Einstein describe cómo el espacio y el tiempo son una misma entidad, llamada tiempo-espacio, y cómo la gravedad es el resultado de la curvatura del mismo.
• 🔬 La física cuántica se enfoca en el mundo muy pequeño, desde la teoría atómica hasta la física de partículas y campos cuánticos.
• 🌑 La física actual solo describe aproximadamente el 5% del universo; el resto, incluyendo la energía oscura y la materia oscura, sigue siendo un misterio.
• 🤔 La filosofía influye en la física, motivando preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la realidad y el universo.

Q & A

¿Qué áreas principales cubre la física según el guion del video?

La física se puede dividir en tres áreas principales: Física Clásica, Física Cuántica y Relatividad.

¿Qué descubrimientos de Isaac Newton son fundamentales en la Física Clásica?

Isaac Newton descubrió las leyes del movimiento y la ley de gravitación universal, además de inventar el cálculo, una herramienta matemática esencial en la física.

¿Cómo está relacionada la óptica con la física?

La óptica es la rama de la física que estudia la luz y su comportamiento al viajar a través de diferentes materiales, incluyendo el enfoque de la luz en telescopios, microscopios y cámaras.

¿Qué es la teoría de las ondas y cómo se relaciona con la luz?

La teoría de las ondas describe cómo la energía puede viajar a través de perturbaciones en un medio, y aunque la luz no necesita un medio para viajar, sigue los mismos principios que todas las ondas, como la reflexión, refracción y difracción.

¿Quién descubrió que la luz es una onda electromagnética y qué importancia tiene esto?

James Clerk Maxwell descubrió que la luz es una onda electromagnética, lo que unificó la comprensión de los campos eléctricos y magnéticos y proporcionó una descripción más completa de la luz y la electricidad.

¿Qué es la mecánica de fluidos y cómo se relaciona con la aerodinámica?

La mecánica de fluidos describe el flujo de líquidos y gases, y es fundamental para entender conceptos como la generación de lift en alas de aviones y la aerodinámica de automóviles.

¿Qué es la teoría del caos y cómo se relaciona con los sistemas complejos?

La teoría del caos describe cómo pequeños cambios en las condiciones iniciales de sistemas complejos pueden llevar a resultados finales muy diferentes, destacando la sensibilidad al initial y la no linealidad en los sistemas dinámicos.

¿Cuál es la función de la termodinámica en la física?

La termodinámica describe cómo la energía pasa de una forma a otra, incluyendo la entropía, que mide el orden y el desorden, y determina la utilidad de diferentes tipos de energía.

¿Qué son la relatividad y la física cuántica y cómo cambiaron nuestra comprensión del universo?

La relatividad, desarrollada por Albert Einstein, describe fenómenos en escalas muy grandes, mientras que la física cuántica se enfoca en escalas muy pequeñas. Ambas áreas desafiaron la visión mecánica y predecible del universo que proporcionaba la física clásica.

¿Qué es la física de partículas y cómo se relaciona con el modelo estándar de partículas?

La física de partículas es la rama que examina las partículas subatómicas fundamentales que componen la materia, y el modelo estándar de partículas es la teoría que clasifica y describe estas partículas y sus interacciones.

¿Cuáles son algunas de las áreas desconocidas en la física que aún no se han explicado completamente?

Algunas áreas desconocidas en la física incluyen la energía oscura, la materia oscura, la teoría de la gravedad cuántica y los misterios del Big Bang, entre otros.

Outlines

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🔬 Introducción al Mapa de la Física

El primer párrafo introduce al espectador en el vasto campo de la física, que abarca desde galaxias hasta partículas subatómicas. Se menciona que la física puede dividirse en tres partes principales: Física Clásica, Física Cuántica y Relatividad. Se comienza con la Física Clásica, destacando a Isaac Newton y sus contribuciones fundamentales como las leyes del movimiento y la gravitación universal. Además, se aborda su papel en el desarrollo del cálculo, una herramienta matemática esencial para la física. Se explora la óptica, que estudia cómo la luz se propaga y se manipula, y cómo ha llevado al desarrollo de instrumentos como telescopios y microscopios. La electromagnetismo, descrito por James Clerk Maxwell, es la siguiente área de estudio, que abarca campos eléctricos y magnéticos y su relación con la luz. Se menciona la mecánica clásica, la mecánica de fluidos y la teoría del caos, que estudia sistemas complejos y las diferencias en resultados a partir de condiciones iniciales. Finalmente, se habla de la termodinámica, que trata la energía y su transformación, y cómo todo en la física está relacionado con la energía.

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🌌 Avances en la Física Moderna

El segundo párrafo continúa explorando la física, centrando la atención en la Física Cuántica y la Relatividad. Se menciona la teoría atómica y cómo se ha desarrollado una comprensión más detallada de los átomos. La física de la materia condensada y la nuclear describen la física cuántica en muchos átomos juntos y el comportamiento del núcleo atómico, respectivamente. La física de partículas profundiza aún más en los partículas subatómicos fundamentales. Se introduce la teoría de campos cuánticos, que combina la física cuántica con la relatividad especial, pero que aún no incluye la gravedad. Se discuten los retos de unificar la física cuántica con la relatividad general, lo que daría lugar a una teoría de la gravedad cuántica. Además, se mencionan los misterios de la energía oscura y la materia oscura, que constituyen el 95% del universo y cuyas explicaciones aún nos esquivan. Finalmente, se toca la filosofía, que motiva muchas preguntas en la física, como la naturaleza fundamental de la realidad y la existencia del universo. El vídeo concluye con una invitación a los espectadores para que sugieran temas futuros y se menciona que hay más contenido en desarrollo.

Keywords

💡Física clásica

La física clásica abarca los principios que explican el movimiento de los cuerpos, la gravedad y otros fenómenos cotidianos observables a simple vista. En el video se menciona cómo Isaac Newton formuló las leyes del movimiento y la gravedad universal, conectando la caída de objetos en la Tierra con el movimiento de los planetas. Es una de las tres ramas principales de la física que se aborda en el video.

💡Mecánica cuántica

Es la rama de la física que estudia el comportamiento de las partículas subatómicas. En el video se explica cómo esta teoría surgió al investigar fenómenos inexplicables a nivel atómico y cómo transformó nuestra comprensión del universo a pequeñas escalas. Se menciona su relación con tecnologías avanzadas como los láseres y la computación cuántica.

💡Relatividad

Desarrollada por Albert Einstein, la relatividad incluye las teorías de la relatividad especial y general. La relatividad especial trata sobre cómo la velocidad de la luz es constante para todos los observadores y los efectos de viajar a altas velocidades, como la dilatación del tiempo. La relatividad general describe la gravedad como una deformación del espacio-tiempo. Estas teorías cambiaron por completo la visión clásica del universo.

💡Gravedad

Es la fuerza que atrae a los objetos con masa entre sí. En la física clásica, Newton describió la gravedad como una fuerza que actúa a distancia. En la relatividad general, Einstein explicó que la gravedad es el resultado de la curvatura del espacio-tiempo causada por la presencia de objetos masivos. El video menciona cómo la gravedad es fundamental tanto en la física clásica como en la relatividad.

💡Energía

La energía es un concepto central en la física y se refiere a la capacidad de un sistema para realizar trabajo. En el video se menciona cómo la energía está presente en todas las áreas de la física, desde la mecánica clásica hasta la termodinámica y la mecánica cuántica. Se destaca que todo en el universo tiene energía, y su conservación y transformación son fundamentales para entender los procesos físicos.

💡Termodinámica

La termodinámica estudia la energía, el calor y el trabajo, y cómo estos se transfieren entre los sistemas. En el video, se habla sobre la importancia de la termodinámica para comprender cómo se intercambia energía y el concepto de entropía, que mide el grado de desorden en un sistema. Es clave para describir procesos como el funcionamiento de motores y la generación de energía.

💡Electromagnetismo

Es la teoría que unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en un solo marco teórico. James Clerk Maxwell descubrió que la electricidad y el magnetismo son aspectos de una misma fuerza, y que la luz es una onda electromagnética. El video menciona cómo el electromagnetismo explica fenómenos como la electricidad y el funcionamiento de dispositivos como cámaras y telescopios.

💡Mecánica de fluidos

Estudia el comportamiento de los líquidos y gases en movimiento. En el video se menciona cómo la mecánica de fluidos se utiliza para entender el vuelo de los aviones o la aerodinámica de los autos. Es una rama compleja de la física debido a las complicadas interacciones de las moléculas dentro de los fluidos, lo que a menudo lleva a comportamientos caóticos.

💡Teoría del caos

Es el estudio de sistemas dinámicos altamente sensibles a las condiciones iniciales, donde pequeñas variaciones pueden tener efectos drásticos. El video menciona cómo la teoría del caos se aplica en sistemas grandes y complejos, como el clima, y explica por qué ciertos fenómenos físicos son difíciles de predecir debido a la naturaleza caótica de sus comportamientos.

💡Modelo estándar

Es la teoría que describe las partículas fundamentales y las fuerzas que gobiernan sus interacciones, excepto la gravedad. En el video, se menciona cómo el modelo estándar es el marco actual para entender las partículas subatómicas en la física de partículas. Aunque es una teoría muy exitosa, no incluye una descripción de la gravedad, lo que deja un hueco en nuestra comprensión total del universo.

Highlights

Física es un vasto campo que abarca muchos temas diferentes, desde galaxias en el espacio hasta partículas subatómicas.

La física se puede dividir en tres partes principales: Física Clásica, Física Cuántica y Relatividad.

Isaac Newton formuló las leyes del movimiento y la ley de gravitación universal, unificando el movimiento de los planetas y la caída de objetos en la Tierra.

Newton también inventó el cálculo, una herramienta matemática poderosa esencial para la física.

La óptica, el estudio de la luz y cómo viaja a través de diferentes materiales, es un campo relevante para la física.

Las ondas, como el agua en un estanque o el sonido en el aire, son un concepto clave en la física.

El electromagnetismo describe los campos eléctricos y magnéticos y cómo están relacionados con la luz.

James Clerk Maxwell descubrió que la luz es una onda electromagnética y formulaó las ecuaciones del electromagnetismo.

La mecánica clásica y la mecánica de fluidos son ramas de la física que estudian el movimiento de objetos sólidos y fluidos, respectivamente.

La teoría del caos describe cómo pequeñas diferencias en condiciones iniciales pueden llevar a resultados muy diferentes en sistemas complejos.

La termodinámica es la descripción de la energía y cómo se transforma de una forma a otra, incluyendo la entropía.

La física clásica nos presentó una visión del universo como un reloj de trabajo perfecto, con un futuro predeterminado.

Albert Einstein desarrolló las teorías de la relatividad especial y general, cambiando nuestra comprensión del universo.

La física cuántica explora el mundo de los átomos y partículas subatómicas, incluyendo la física de partículas y la teoría cuántica de campos.

La búsqueda de una teoría de la gravedad cuántica es una de las grandes desafíos actuales en la física.

La física también abarca misterios como la energía oscura, la materia oscura, el Big Bang y posibles realidades que aún no conocemos.

La filosofía es un aspecto importante de la física, motivando preguntas fundamentales sobre la naturaleza de la realidad y el universo.

El vídeo ofrece una visión panorámica de la física, desde conceptos clásicos hasta teorías modernas y desafíos futuros.

Transcripts

So physics is a huge subject that covers many different topics

going from galaxies in the depths of space right down to subatomic particles.

And if you don’t already know physics its difficult sometimes to see

how all these different subjects are related to each other.

So this is my attempt to show that in a map, so this is the map of physics.

I hope you enjoy it.

Physics can be broadly broken down in to three main parts:

Classical Physics, Quantum Physics, and Relativity.

We’ll start with classical physics and a good person to start with is Issac Newton.

His laws of motion describe how everything made of matter moves about,

and his law of universal gravitation tied together the motion of planets in the sky

with the falling of objects on Earth into one elegant and general description.

He also invented calculus, a supremely powerful mathematical tool

which has been used over the centuries to derive new physics.

Calculus is really part of mathematics but physics and mathematics are inseparable.

Math is the language of physics, you can imagine it like the bedrock

that the world of physics is built from.

Newton also made strides in the field of optics which is the physics of light

and how it travels through different materials.

It explains, refraction seen in prisms and lenses

which are used to focus light in telescopes, microscopes, and cameras.

Telescopes enabled us to peer into the depths of space and observe the wild array of objects

there and develop astrophysics and cosmology.

Optics is closely related to the theory of waves, which is basically how energy can travel

through disturbances of a medium, like ripples on the surface of a pond or sound through the air.

Light doesn’t need a medium to travel through, it can travel through the vacuum of space,

but it still follows the same principles as all waves namely reflection, refraction and diffraction.

This leads us to electromagnetism: the description of magnets, electricity,

or more generally, electric and magnetic fields.

It was a Physicist called James Clerk Maxwell who discovered that these are two aspects

of the same thing and derived the wonderfully elegant rules of electromagnetism

and theorized that light was an electromagnetic wave.

Electromagnetism also explains all of electricity.

Jumping back a little bit, classical mechanics is related to Newton’s laws and covers

the properties and motion of solid objects, how they move when forces hit them,

what happens when they are joined together, like in gears or buildings, or bridges.

Fluid mechanics is the description of the flow of liquids and gasses.

Using fluid mechanics you can work out how much lift is generated from an aeroplane’s wing,

or how aerodynamic a car is.

Fluid mechanics is notoriously difficult, mostly because motions of tiny things

like molecules get really complicated really fast.

Which leads us to Chaos theory.

Chaos theory is the description of large complex systems

and how small differences in initial conditions can lead to very different final outcomes.

Thermodynamics is the description of energy and how it passes from one form to another.

It also includes entropy which is a measure of order and disorder, and basically

tells you how useful different kinds of energy are.

Energy is fundamental property to physics and although I have written energy here,

I should have written it everywhere on this map because everything has energy.

So that is all of classical physics, the picture of the Universe we had around the year 1900.

It told us we lived in the Universe where everything ran sort of like clockwork, if you could measure

everything accurately enough the future was kind of predetermined.

However, not everything was solved, there were just a few of holes in experiments

that hinted at something more.

The orbit of Mercury was slightly too fast and some strange things happened

on the smallest scales with electrons and light which were all unexplained.

Physicists at the time thought that they would solve and explain these problems soon enough

but poking at them they unraveled the new domains of relativity and quantum physics

and turned our understanding of the Universe completely on its head.

Albert Einstein was the genius who developed the theories of special and general relativity.

Special relativity predicts that the speed of light is constant for all observers

which means that when you travel really fast weird stuff starts happening like time slowing down.

It also states that energy and matter are different aspects of the same thing

through the famous formula E=mc2.

General relativity says that space and time are part of the same fabric called spacetime,

and that the force of gravity comes from objects bending spacetime,

making other objects fall in towards them.

While relativity describes the very big, other physicists were busy at work on the very small

in the world of Quantum Physics.

Atomic theory probed the nature of the atom, and more and more detailed descriptions

of the atom were developed.

From a tiny sphere, to electron orbits, to energy levels

and then to the electrons being wave-like charge distributions.

Condensed matter physics describes the quantum physics

of many atoms together in solids and liquids, and is where many great technologies have come from

like computers, lasers, and quantum information science.

Nuclear physics describes how the nucleus of atoms behave, and explains radiation,

nuclear fission, the splitting of the atom used in our nuclear power plants, and nuclear fusion

which takes place in the Sun and will hopefully soon be harnessed here on Earth.

Particle physics probes even deeper to find the fundamental subatomic particles that everything

is made of and are described in the standard model of particle physics.

Quantum field theory captures all of quantum physics and combines it with the special theory

of relativity and is the best description of the Universe we have.

Unfortunately Quantum field theory doesn’t include gravity

and so physicists don’t know how to join together quantum physics

and the general theory of relativity leading to the giant chasm of ignorance.

One day in the future we hope to close this chasm and come up with a theory of all

of physics we call it quantum gravity, and there are many attempts to do this some examples

are string theory or loop quantum gravity and there is many more.

But quantum gravity isn’t the only thing we observe but don’t understand,

there are also the major puzzles of dark energy and dark matter

which seem to make up 95% of the Universe.

So all of our physics only really describes 5% of what we know about and everything else,

at the moment, is a mystery.

There are many other mysteries out there like the Big Bang,

and no doubt there’s things beyond that that we don’t even know that we don’t know.

Which gets to the lofty cloud which floats over all of physics: philosophy.

Although many physicists make fun of philosophy, it is the big philosophical questions

that motivate a lot of physics, like, "What is the fundamental nature of reality?"

"How come the Universe even exists?"

"Do we have free will if we are just made of physics?"

or "How do we know that the way that we do physics and science actually gets

to the fundamental truth of the Universe?"

And, just, why is all of physics like the way it is?

Well those are the big questions, ones which we may or may never answer,

but that is no reason to give up trying, after all, physicists are not quitters.

And that was the map of physics.

So that’s the end, thanks for watching the video I hope you enjoyed it.

Um.

I’m still kind of working on the format of this channel and playing around

with a few different things and I kind of like this animation style.

So let me know in the comments if you enjoy this kind of stuff and if you want me to do more

and if there are any specific subjects you want me to cover, I’m totally open to ideas,

I’ve got a whole bunch of videos that are coming down the pipe so keep your eyes peeled for those.

So until next time. See ya.