¿Podría alguien explicar cómo se concibió originalmente el concepto de energía y cómo evolucionó con el tiempo hasta nuestra comprensión actual? Además, ¿cómo llegaron las personas a las diversas formas de medir, expresar matemáticamente y calcular con precisión varias formas de energía, como la energía cinética, la energía potencial, la energía térmica, etc.?
La palabra se originó con Aristóteles, cuya "energeia" y "entelecheia" pueden traducirse aproximadamente como enacción, lo que hace que la materia se mueva, y encarnación, lo que hace que la materia tome forma, respectivamente. Durante la Edad Media, la atención se centró en el "ímpetu", asociado aproximadamente con la masa por la velocidad y generalmente considerado como el precursor del impulso moderno, pero los filósofos naturales no se referían matemáticamente a las frases que nos parecen así, por lo que había suficiente vaguedad. decir que la idea incubó ambos conceptos modernos. La energía cinética bajo el nombre de vis viva (fuerza viva) entró propiamente en escena por primera vez en el siglo XVII, cuando Huygens demostró que se conserva en colisiones elásticas, mientras que el ímpetu, finalmente matematizado por Descartes y llamado "cantidad de movimiento", no lo era.
Esta última parte fue señalada por Leibniz, el principal defensor de la vis viva mucho más allá de la mecánica, quien discrepaba sobre lo que más merecía el nombre de "cantidad de movimiento". Newton no tomó a bien el hecho de que una cantidad apenas fundamental para sus Principia recibiera una atención injustificada, y comenzó una controversia que duró más de medio siglo. Tenemos una descripción detallada de ella aquí. ¿ Qué fue la controversia vis viva, incluidos sus aspectos filosóficos? No fue una pérdida total, muchas nociones mecánicas básicas se aclararon en el proceso, incluida la noción de trabajo, y en la década de 1740 Euler (1736) y D'alambert (1743) produjeron monografías sistemáticas sobre mecánica que finalmente desinflaron la controversia. La energía potencial se unió al club en Mecanique Analytique de Lagrange (1788), ver más en¿Cómo estableció Newton las leyes de conservación en los Principia?
Alrededor del comienzo del siglo XVIII, el análisis sistemático de la energía térmica comenzó bajo los auspicios de la teoría calórica de Stahl que trataba el calor como un fluido ("flogisto"), sin sospechar, por supuesto, una relación con la energía mecánica. Esto no impidió que Newcomen inventara una nueva máquina de vapor en 1712 y que Watt la mejorara en 1763-1775 (también introdujo una unidad de potencia, "caballos de fuerza"). Después del trabajo de Lavoisier sobre la oxigenación (1783), la teoría del flogisto se modificó en calórica. uno, que permaneció vigente hasta mediados del siglo XIX, Carnot incluso desarrolló los fundamentos de la teoría de los motores térmicos basándose en él (1824). Pero las mediciones del equivalente mecánico del calor realizadas por primera vez por Rumford en 1798, y de manera más concluyente por Joule en la década de 1840, originalmente recibidas con mucha frialdad, la formulación de la ley general de conservación de la energía por parte de Mayer en 1841 y la reformulación de la obra de Carnot por parte de Clausius en 1850 llevaron a la aceptación del calor como otra forma de energía. En 1851 Thomson ya podía escribir que “el calor no es una sustancia, sino una forma dinámica del efecto mecánico, percibimos que debe haber una equivalencia entre trabajo mecánico y calor, como entre causa y efecto ”. Ver ¿Cuáles son los principales defectos de la teoría "calórica" del calor?
En el momento en que SI y CGS estaban experimentando una revisión importante de las unidades en las décadas de 1860 y 1880, la energía mecánica, térmica y eléctrica se trataban de manera uniforme, consulte ¿ Por qué no hay una unidad con nombre para el momento pero sí para la energía?
Hay un capítulo "la historia del concepto de energía" de unas 80 páginas en el libro de Philip Mirowski More heat than light que es bastante informativo. El punto principal de la historia parece ser que la energía es algo que se conserva, es decir, el concepto realmente tiene sentido como "invariante". El final del capítulo menciona varios energetistas y energetismos, mayormente olvidados hoy.
La energía se convirtió en el principio organizativo novedoso de la investigación física, vinculando los estudios previamente disyuntos y dispares del movimiento, la luz, el calor, la electricidad y el magnetismo. Después de este "descubrimiento", la ciencia misma de la física se redefinió como la reducción de todos los fenómenos a sus fundamentos energéticos y, por lo tanto, implícitamente, la reducción de todos los fenómenos a la mecánica (Harman 1982a, p. 158). Sólo después de 1850 la física se convirtió en el rey de las ciencias, usurpando el trono de la astronomía física (Cannon 1978, p. 2). La energía fue la razón.
Thomas Kuhn también investigó la historia y Mirowski informa que llegó con unos 16 nombres que reclaman el crédito por el descubrimiento, siendo la lista de los más prometedores
JR Mayer, James Joule, Hermann von Helmholtz y Ludwig Colding.
Después de una docena de páginas descriptivas se señala:
La afirmación del "descubrimiento" de la conservación de la energía en realidad fusiona cuatro ideas distintas: (1) la formación de un concepto de energía; (2) una afirmación ontológica de que había una energía "allá afuera" y "aquí adentro" esperando ser encontrada; (3) la afirmación matemática de que esta energía ni se crea ni se destruye; y (4) algún procedimiento de justificación para las ideas (2) y (3). La incongruencia de reclamar un descubrimiento simultáneo de la conservación de la energía en la década de 1840 es que cada individuo identificado hasta ahora solo logró un subconjunto de las condiciones anteriores, y ningún individuo logró implementarlas todas.
Un dato que es clave para la energía como concepto es el brillante trabajo de Emmy Noether sobre simetría y leyes de conservación. No he encontrado una explicación del Teorema de Noether que pueda entender en detalle, pero creo que este artículo de wikipedia proporciona una buena ilustración:
si un proceso físico muestra los mismos resultados independientemente del lugar o el tiempo, entonces su lagrangiano es simétrico bajo traslaciones continuas en el espacio y el tiempo respectivamente: según el teorema de Noether, estas simetrías explican las leyes de conservación del momento lineal y la energía dentro de este sistema, respectivamente.
Por lo tanto, cuando un sistema se comporta simétricamente en el tiempo, la energía se conserva, algo que rara vez (o nunca) ocurre en la realidad. Para mí, este resultado sugiere que la energía es un formalismo matemático, un concepto abstracto con aplicaciones muy interesantes en las ciencias naturales, la ingeniería, etc., pero que no debe tratarse como algo que realmente se conserva.
Nota: Al ser mujer, a Noether no se le permitió convertirse en estudiante universitaria formal y nunca recibió el mismo estatus formal que tenían sus colegas, a pesar de que estos últimos respetaban su trabajo y trataban de ayudarla.
Aquí hay algunos enlaces que he encontrado:
HDE 226868
Conifold