TL; DR: La mayoría de los desarrollos científicos para comprender nuevos fenómenos están firmemente arraigados en el uso de modelos existentes, ya sea a partir de desarrollos históricos en el mismo campo, o de desarrollos históricos o concurrentes en otros campos.
Al menos para las teorías físicas, los científicos generalmente desarrollan nuevas teorías basadas en modelos que conocen bien. Por ejemplo, el primer trabajo de Maxwell sobre electromagnetismo implicaba la analogía de las interacciones como un gran conjunto de objetos mecánicos (muelles, poleas, etc.). Por supuesto, su segundo trabajo corrigió este pensamiento engañoso y produjo una teoría de campo bien redondeada que era algo novedoso en ese momento. Faraday había producido una teoría de campo para el magnetismo, pero Maxwell unificó electricidad y magnetismo bajo su teoría de campo.
Como segundo ejemplo, puedes ver cómo se desarrolló la mecánica cuántica. Esa idea especial de “cuantificación” (también conocida como “discretización”) de la que la mecánica cuántica es tan notable surgió de las grandes mentes de Einstein y Planck. Durante sus estudios sobre el movimiento browniano y la mecánica estadística, Einstein desarrolló una teoría atómica de los sólidos que incluía uno de los modelos más simples de la mecánica clásica, el oscilador armónico simple (SHO). Imaginó, por simplicidad, que un sólido era solo N partículas conectadas entre sí en una estructura de celosía por resortes. Debido a que los físicos anteriores a él desarrollaron un análisis modal y mostraron que puede reorganizar sus coordenadas para desacoplar todos estos resortes, utilizó dos desarrollos físicos anteriores para justificar la simplificación del modelo atómico de sólidos para un conjunto de SHO 3N 1-dimensional. A partir de aquí, pudo calcular la función Zustandesumme (función Z, para abreviar, también conocida como función de partición) para su modelo sólido y predecir la capacidad calorífica de este sólido.
Einstein hizo estas predicciones y un modelo cuántico válido mucho antes de que llegara la gran llegada de la mecánica cuántica (por ejemplo, la tesis de De Broglie y el posterior desarrollo del concepto de dualidad onda-partícula) usando solo un modelo mecánico clásico anterior más una hipótesis simple (el Planck -profesión de Einstein).
Planck, también, al trabajar en la solución del problema de la radiación del cuerpo negro, utilizó el modelo físico más simple que se le ocurrió para resolver el problema. Sabía que la radiación no dependía del material debido a la “ley de radiación térmica de Kirchhoff”, por lo que decidió modelar el material como un grupo de SHO arbitrariamente pequeños. Por supuesto, él también descubrió que las energías de estos SHO tenían que cuantificarse para ajustarse a los datos experimentales.
Si piensas en todo el progreso que hemos logrado científicamente en el último siglo, deberías agradecer a los cielos que los físicos usen modelos antiguos para comprender los nuevos fenómenos.
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Por supuesto, también existe el caso donde los científicos buscarán otro campo para hacer una analogía como explicación de un fenómeno. Por ejemplo, Arrhenius, trabajando en concierto con su colega contemporáneo, Boltzmann, desarrolló su ecuación para la velocidad de una reacción química en analogía con el factor Boltzmann de la mecánica estadística / termodinámica. Eche un vistazo al factor de Boltzmann versus la ecuación de Arrhenius:
Factor Boltzmann: [matemáticas] P \ sim e ^ {- \ frac {\ Delta E} {k_ {B} T}} [/ math]
Definición de la constante de Boltzmann: [math] k_ {B} = \ frac {R} {N_ {A}} [/ math]
Ecuación de Arrhenius: [math] Rate = ke ^ {- \ frac {E_ {a}} {RT}} [/ math]
La energía de activación, [matemática] E_ {a} [/ math] se expresa como la energía por mol necesaria para que se produzca la reacción. El cambio de energía, [matemática] \ Delta E [/ math], como se expresa en el factor Boltzmann es la energía por molécula necesaria para mover esa molécula al nuevo nivel de energía. Si haces la sustitución y algo de manipulación, puedes ver que [matemáticas] E_ {a} = N_ {A} \ cdot \ Delta E [/ math].
Esencialmente, Arrhenius acaba de suponer que la velocidad de reacción es proporcional a la probabilidad de que la molécula obtenga esa energía del entorno, por lo que arrojó una constante allí para convertirla en igualdad y luego manipuló el exponente para formarlo de la forma más adecuada para químicos (que trabajan en la escala de moles, no de moléculas).
Muchos desarrollos científicos, si no la mayoría, para comprender nuevos fenómenos están firmemente enraizados en el uso de modelos existentes, ya sea a partir de desarrollos históricos en el mismo campo, o de desarrollos históricos o concurrentes en otros campos.
