Galileo Galilei (1564-1642) midió regularidades del movimiento de los cuerpos, describió el péndulo que batía segundos o la medida de la aceleración gravitatoria g; igualmente, J. Kepler (1571-1630), a partir de las observaciones del astrónomo danés T. Brahe (1546-1601), formuló sus tres leyes del movimiento de los planetas. Los descubrimientos de estos genios reflejaban en forma numérica el comportamiento del mundo real, pero no alcanzaban a explicar el porqué, la razón profunda de esas leyes matemáticas, y, por consiguiente, no daban una razón de la procedencia de las regularidades que se descubrían en la naturaleza.
Isaac Newton (1643.1727), con la ley de gravitación universal, aportó una causa general con la que se podían explicar la ley del péndulo, la ley de la atracción de la Tierra a los cuerpos que la rodeaban y las leyes de Kepler del movimiento de los planetas. Pero para ello tuvo que postular la existencia de una fuerza gravitatoria atractiva entre todos los cuerpos, en la que no se había reparado antes, que actuaba a distancia y de la que no se sabía su procedencia ni se había medido. (H. Cavendish (1731-1810) en 1799 cuando midió la masa de la Tierra y permitió calcular, un siglo después, la contante de gravitación G). Newton, curándose en salud de las críticas que le hicieron por dar como causa una fuerza misteriosa que actuaba a distancia, dijo que funcionaba como si entre todos los cuerpos existiera una fuerza con esas características.
La Física newtoniana difundió una visión mecanicista de la realidad, que se extendería a otras áreas del conocimiento. La visión mecanicista concebía un mundo movido por causas eficientes que funcionaba como una máquina perfecta y dominó el pensamiento científico hasta principios del siglo XX. El matemático holandés para Ch. Huygens (1629-1695) consideraba que el quehacer del científico consistía en reducir todas las acciones naturales a causas mecánicas e incluso Lord Kelvin, a finales del siglo XIX, seguía manteniendo que un fenómeno físico sólo era comprendido completamente cuando se conseguía imaginar o representar un modelo mecánico de palancas, poleas, tornillos y muelles de comportamiento semejante al fenómeno físico que se pretenda a explicar.
En el mundo mecanicista se suponía que el mundo estaba gobernado por unas las leyes físicas inmutables. Las primeras manifestaciones que mostraron la dificultad de modelizar un fenómeno físico mediante una máquina aparecieron en fenómenos eléctricos y magnéticos, que no se podían describir con el modelo clásico. M. Faraday (1891-1877) y J. C. Maxwell (1831-1880) introdujeron el concepto de campo de fuerza, que significaba que cada carga, A, creaba una perturbación en su espacio circundante, hubiera o no otra carga, de modo que cuando otra carga, B, entra en el campo de A siente una fuerza. La noción de fuerza newtoniana fue reemplazada por la de campo, pero el concepto que apartó a la física del mecanicismo puro, como destacamos a continuación, fue el de energía.
La energía se manifestaba de muchas formas, en los cuerpos en movimiento, en los fenómenos eléctricos, en la luz solar, en el calor, etc. Hubo muchos científicos que trabajaron con la idea de que la capacidad de realizar trabajos, estaba, de alguna manera, relacionada con la cantidad de energía que poseía el sistema. En esta tarea participaron militares como B. Thomson (1753-1814), conde de Rumford, que describió la relación entre la energía en forma de calor y el trabajo, cuando observó la enorme cantidad de calor que se generaba por rozamiento al taladrar piezas de latón para cañones, lo que permitió que la realización de trabajo mecánico y la aparición de calor dejaran de ser considerados como fenómenos independientes y se interpretaran como parte de un proceso de simple de transformación de un tipo de energía en otro.
Por otra. también participaron ingenieros como S. Carnot (1793-1832), que estudió la eficacia de las máquinas térmicas, físicos como J. P. Joule (1818-1889) o J. R. von Mayer (1814-1878), que estudiaron el equivalente mecánico del calor. H. von Helmholtz (1821-1894) tuvo especialmente el mérito de estudiar la energía en fenómenos eléctricos y magnéticos.
Mayer y Joule, en 1850, propusieron, de alguna forma, la idea de que la energía se conservaba. Afirmaban que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro) permanecía invariable a lo largo del tiempo, aunque se transformara, pasando de energía eléctrica a mecánica, a química o calorífica.
Pero, en 1847, antes de que Joule y Mayer publicaran los resultados de sus experimentos de forma completa y rigurosa, el joven médico alemán H. von Helmholtz (1821-1894), en reacción al vitalismo de J. Müller (1801-1858), que rechazaba, se interesó por clarificar las bases fisiológicas del calor animal, que era un fenómeno utilizado muchas veces para justificar el vitalismo. Estaba estudiando el metabolismo de los músculos cuando publicó su libro Über die Erhaltung der Kraft (Sobre la conservación de la fuerza). Helmholtz usaba en este trabajo el término fuerza en el sentido moderno de energía y afirmaba resuelta y claramente una idea que los científicos habían observado en diferentes campos y que sólo expresaban vagamente y era que era imposible crear una fuerza motriz duradera a partir de nada. Y que el músculo sacaba la energía de los alimentos. Con esto rechazaba la existencia de una fuerza vital propia solamente de los seres vivos como fuerza necesaria para el movimiento del músculo, proponía una energía en la naturaleza y formuló matemáticamente los principios de la conservación de la energía. Con esta célebre presentación. Helmholtz se situó, junto con Mayer y Joule, entre los padres fundadores del principio de la conservación de la energía, principio fundamental de la física del siglo XIX.
Helmholtz tuvo especialmente el mérito de extenderla también a los fenómenos eléctricos y magnéticos. Años después, Helmhotz, en una de sus conferencias de decía: Llegamos a la conclusión de que la naturaleza en su conjunto posee una reserva de fuerza [energía] que no puede de ninguna manera ser aumentada ni disminuida y que, por lo tanto, la cantidad de fuerza en la Naturaleza es igual de eterna e inalterable que la cantidad de materia. Expresado en esta forma, he llamado a la ley general «El Principio de la Conservación de la Fuerza».https://culturacientifica.com/2017/07/04/se-establece-principio-conservacion-la-energia/
El físico R. Feynman (1918-1988) en Lectures on Physics destacaba la importancia de este principio, su carácter no mecanicista y el papel de árbitro de la validez de las leyes de la física, con estas palabras:
Hay un hecho, o si prefiere una ley, que gobierna todos los fenómenos naturales conocidos hasta la fecha. No se conoce excepción a esta ley … es la ley de conservación de la energía. Establece que hay cierta cantidad que llamamos energía, que no cambia en los múltiples cambios que ocurren en la naturaleza. Esta es una idea muy abstracta, porque es un principio matemático y significa que hay una cantidad numérica que no cambia cuando algo ocurre. No es la descripción de un mecanismo, o de algo concreto; indiscutiblemente es algo raro que podamos calcular cierto número y que cuando terminemos de observar que la naturaleza haga sus trucos y calculemos el número otra vez, éste será el mismo.
La ley de conservación de la energía es la primera ley de la termodinámica y señalaba que con la teoría termodinámica no hacían falta modelos interpretativos mecánicos, además, no siempre era posible en fenómenos eléctricos y magnéticos. Para justificar o representar de forma clara lor fenómenos observados la termodinámica era más amplia y flexible que la mecánica y por esa razón la termodinámica debería ser considerada como el referente de todas las ciencias. Este punto suponía un cambio de los modelos mecánicos a una física que se ha llamado física fenomenológica. En lugar de describir cada proceso o fenómeno físico con un modelo mecánico, se trataba de elaborar un cuerpo de conocimiento que relacionara de forma consistente distintas observaciones empíricas de cualquier fenómeno, de forma que sean coherentes entre sí y con la teoría fundamental, que será la termodinámica. aunque el conocimiento no se derive directamente de la misma.
