Física desde el punto de vista Cosmológico

Muchas corrientes defienden hoy una nueva forma de enseñar la física, en la que se presenten los diferentes niveles de articulación entre esta ciencia y otros elementos de la cultura humana. 

Se proponen nuevos currículos con la preocupación de que la enseñanza actual esté dirigida principalmente a la inserción de los estudiantes en el mundo moderno, haciéndolos capaces de articular el conocimiento físico con otras áreas de la ciencia y con otras formas de expresión de la cultura humana.

El mismo proceso de surgimiento de lo que ahora se llama física clásica, que condujo a la formulación de la mecánica newtoniana, proporciona quizás un ejemplo paradigmático de estas relaciones entre el pensamiento científico y el desarrollo de la cultura humana.

La obra de Isaac Newton es hoy un tema muy conocido entre quienes se dedican al estudio de la física. Sus leyes de la mecánica y la gravitación universal forman un elemento básico de este estudio. 

Sin embargo, la opinión frecuentemente encontrada es que esta obra se constituyó como un punto de partida para el desarrollo de esa ciencia y no como el florecimiento de un proceso gradual, llevado a cabo a lo largo de dos siglos, de transformación del pensamiento, ciertamente inseparable de las circunstancias históricas que se produjo, tanto en relación con las influencias que contribuyeron a determinarlo, como con las repercusiones que produjo en toda la cultura humana.

De hecho, el proceso de transformación, denominado Revolución Científica, que condujo desde la visión del mundo fundada en la filosofía y la ciencia aristotélicas al surgimiento de la ciencia moderna, es sin duda uno de los capítulos centrales de la historia del pensamiento humano. 

El desenvolvimiento y las consecuencias de este proceso rompieron absolutamente los límites restringidos de los campos específicos del saber en los que se situaban cuestiones como la explicación del movimiento y el problema cosmológico e implicaron las más profundas transformaciones en la forma en que el hombre se veía a sí mismo y al mundo que le rodeaba. 

Con la destrucción del Cosmos geocéntrico, el hombre moderno fue arrebatado por un sentimiento de intensa perplejidad ante un Universo nuevo, impersonal y refractario a la atribución de cualquier significado simbólico: “El silencio eterno de estos espacios infinitos me aterroriza”, Diría Blaise Pascal, en una de las frases más profundas emanadas del espíritu humano, traduciendo este sentimiento de extrañamiento del ser humano frente a un Universo con el que ya no se comunicaba simbólicamente. 

Sin embargo, este mismo hombre moderno, desalojado junto con su planeta de su centralidad cosmológica, interpretó los resultados de la Revolución Científica como una confirmación de su situación única en el Universo, debido a su capacidad aparentemente ilimitada para comprender la realidad que le rodea, cuya máxima expresión llegó con la previsibilidad y el determinismo causal de la mecánica newtoniana.

Este artículo describe brevemente esta historia. Presenta, en primer lugar, la ciencia de Aristóteles y su profunda articulación con su filosofía. Presenta el Cosmos de Aristóteles y Ptolomeo, que sobrevivió como pensamiento imperante durante más de diez siglos, hasta que fue sacudido definitivamente por la astronomía copernicana. 

Mostramos luego cómo, a partir de ahí, el pensamiento científico se desarrolló, casi irresistiblemente, hacia la construcción de un nuevo modelo del Universo, descrito por leyes matemáticas, sólidamente anclado en un proceso de inferencia a partir de la experimentación. 

Destacamos las articulaciones del pensamiento científico-filosófico moderno con corrientes de la filosofía griega, revitalizadas a través de la obra de rescate auspiciada por el Renacimiento, así como las implicaciones de este pensamiento en la visión del mundo del hombre moderno. 

Nos acercamos al proceso de germinación de la idea de gravitación universal, expresión de un Universo ahora regido por mecanismos de causalidad extrínsecos a los cuerpos y ya no por conceptos de forma y finalidad, inherentes a los propios objetos. 

Finalizamos con una breve exposición de la teoría de la gravitación de Newton, mostrando sus grandes aciertos a la hora de explicar las diversas cuestiones que han surgido con la astronomía copernicana.

2. La cosmología aristotélica

Durante todo el período que va desde su aparición en el siglo IV a. C. hasta el siglo XVI d. C., la física y la cosmología de Aristóteles siguieron siendo los únicos pensamientos sistemáticos formulados sobre los fenómenos físicos y la estructura del Universo. 

Sin embargo, a diferencia de la forma cuantitativa, expresada por relaciones matemáticas, que la física moderna adquirió a partir de la Revolución Científica del siglo XVI, la ciencia de Aristóteles tenía un carácter puramente cualitativo.

La ciencia aristotélica estaba perfectamente integrada en su sistema filosófico. Así, por ejemplo, como para Aristóteles la idea del vacío, es decir, de la existencia de la nada, era en sí misma contradictoria, para él el Universo estaba completamente lleno de materia. 

Por otra parte, dado que su filosofía también rechazaba por absurda la existencia de una extensión material infinita, su cosmología se caracterizaba por un Universo finito. En este Universo finito fue posible identificar un centro estático, donde Aristóteles colocó la Tierra.

La concepción aristotélica del Cosmos estaba profundamente impregnada de la noción de orden. Su Universo formaba un todo, donde cada constituyente tenía su propio lugar, establecido según su naturaleza: el elemento tierra, más pesado, se colocaba en el centro de este Universo, mientras que los elementos más livianos, agua, aire y fuego, formaban "capas "concéntrico alrededor. 

Así, según la física aristotélica, los cuerpos, abandonados a sí mismos, es decir, en ausencia de fuerzas aplicadas sobre ellos, realizarían espontáneamente movimientos buscando volver a las posiciones que les son propias: los elementos más pesados, la tierra y el agua, moviéndose hacia el centro del Universo, mientras que los más ligeros, aire y fuego, se desplazan hacia arriba, alejándose del centro.

Otro aspecto fundamental de la filosofía aristotélica fue su distinción radical entre los mundos terrestre y celestial. En oposición a la Tierra, dominio de la materia sujeta a todo tipo de cambios y transformaciones, estaban los cuerpos celestes, esferas perfectas e inmutables, formadas, no como la materia terrestre, de los cuatro elementos mencionados, tierra, agua, fuego y aire, sino de otro elemento incorruptible llamado éter o quintaesencia. A estos cuerpos inmutables se les otorgaron solo movimientos circulares naturales alrededor de la Tierra.

Esta consideración de que la naturaleza de los cuerpos celestes era inmutable se basaba en la experiencia humana; después de todo en todos los tiempos los hombres habían visto el cielo de la misma manera. 

En consecuencia, la experiencia parecía llevar a la conclusión de que el cielo no estaba sujeto a más transformaciones que el simple desplazamiento físico de sus estrellas. Las ideas aristotélicas de generación y corrupción no se aplicaron a él; no había sido creado, como lo son las cosas terrestres, ni dejaría de existir.

Y si hay algo que se mueve eternamente, ni aun eso se puede mover según el poder, sino de un punto a otro (como se mueven los cielos). Y nada impide la existencia de una materia propia para este tipo de movimiento. Por lo tanto, el Sol, las estrellas y todo el cielo están siempre en acción; y no es de temer que éstos, en un momento determinado, cesen, como temen los físicos.

Aristóteles sostenía la creencia de que los cuerpos celestes estaban unidos a esferas cristalinas con centro en la Tierra, las cuales, al girar, los arrastraban, haciendo que describieran movimientos circulares. Aristóteles atribuyó el movimiento de las esferas celestes a Inteligencias, jerárquicamente inferiores a una Primera y Suprema Inteligencia.

Sin embargo, la acumulación de datos sobre los cuerpos celestes por parte de los astrónomos griegos obligó a construir modelos astronómicos cada vez más elaborados, con la inclusión de nuevas esferas celestes (hasta el punto de que Aristóteles tuvo que afirmar la existencia de cincuenta y cinco inteligencias motoras) , cuyos movimientos fueron compuestos. El resultado de esta composición fue que los movimientos de los cuerpos celestes se hicieron cada vez más complejos. 

Además, estos nuevos datos mostraban variaciones en la intensidad del brillo de los planetas a lo largo del año, lo que indica que o sus distancias a la Tierra variarían con el tiempo, anulando la tesis de que describen trayectorias circulares centradas en nuestro planeta, o bien sus luminosidades variarían. en realidad varían con el tiempo, lo que confrontó la creencia en la inmutabilidad de la sustancia celeste.

En el siglo II d.C., Claudio Ptolomeo construyó un modelo astronómico geocéntrico, compatible con los datos experimentales disponibles en la época, en el que adoptaba una serie de hipótesis sobre el movimiento de los planetas, admitiendo para cada planeta la composición de un movimiento de revolución (epiciclo) alrededor de un punto determinado, el cual, a su vez, describía una trayectoria circular (deferente) alrededor de otro centro. 

Ptolomeo también admitió que la Tierra no estaba ubicada en el centro del círculo deferente de los planetas. A pesar de la creciente complejidad que adoptó la descripción del Universo Ptolemaico y la relajación de algunas tesis centrales del pensamiento cosmológico aristotélico, como la idea de que las esferas a las que pertenecían los planetas estaban todas centradas en la Tierra, el modelo de Ptolomeo obtuvo una gran aceptación.

3. La crisis del pensamiento aristotélico y la revolución copernicana

El modelo cosmológico de Aristóteles y Ptolomeo prevaleció durante casi catorce siglos. El pensamiento medieval occidental, de corte cristiano, adoptó su estructura, pero transformando el Universo de eterno a creado por la Voluntad Divina.

Sin embargo, el mismo proceso que condujo al apogeo de este pensamiento medieval trajo dentro de sí los elementos de su propia contestación. La reacción a la Filosofía Escolástica produjo el nominalismo de Guillermo de Ockham, una filosofía de fuerte carácter empirista, transmitida a estudiosos parisinos, como Nicholas D'Autrecourt, Jean Buridan y Nicholas Oresme. La crítica derivada del pensamiento Ochkamista pasó de la metafísica y la teología al ámbito de la física aristotélica. 

Mientras que Buridan proponía su teoría del ímpetu para explicar, de una manera fundamentalmente diferente a la concepción aristotélica, la persistencia de movimientos que calificaba de "antinaturales", como, por ejemplo, el de una piedra lanzada hacia arriba, que "no se puede probar por experiencia alguna que el Cielo se mueva con un movimiento diario y la Tierra no".

A pesar de los cuestionamientos y reformulaciones propuestas por el movimiento Ochkamista, podemos decir que el primer gran hito en el proceso de deconstrucción de la concepción cosmológica de Aristóteles, proceso que desembocaría en la Revolución Científica del siglo siguiente, tiene lugar en el siglo XV, ya bajo la influencia de los vientos del Renacimiento. 

La filosofía del cardenal alemán Nicolás de Cusa produjo un importante vuelco en la ciencia aristotélica al afirmar que el Universo no tenía centro alguno y que, por tanto, contrariamente a lo que afirmaba el pensamiento de Aristóteles sobre la Tierra, ningún cuerpo ocuparía un lugar privilegiado. posición en este Universo:

En consecuencia, si consideramos los diversos movimientos de los orbes celestes, encontraremos que es imposible que la máquina del mundo posea un centro fijo e inamovible, ya sea ese centro la tierra sensible, el aire, el fuego o cualquier otra cosa.

Según Nicolás de Cusa, todos los cuerpos estarían en movimiento y las afirmaciones sobre estar en reposo o en movimiento dependerían exclusivamente del observador. Tanto un observador situado en la Tierra como otro situado en el Sol tendrían razón al afirmar que están en el centro del Universo y que todo lo demás gira a su alrededor.

Pero para nosotros es claro que esta Tierra sí se mueve, aunque no nos lo parezca, pues sólo aprehendemos el movimiento en comparación con algo fijo. Así que, si un hombre en un bote, en medio de una corriente, no sabía que el agua corría y no veía la orilla.

¿Cómo podría darse cuenta de que el barco se movía? 

En consecuencia, como siempre le parecerá al observador, ya sea que esté en la Tierra, en el Sol o en otra estrella, que él está en el centro casi inmóvil, y que todas las demás cosas están en movimiento, ciertamente determinará los polos. de esta moción con respecto a sí mismo.

La reorganización definitiva del modelo cosmológico aristotélico-ptolemaico se produjo en el siglo siguiente, con la teoría heliocéntrica propuesta por Nicolás Copérnico. Según Copérnico, el Sol pasó a ocupar el centro del Universo, mientras que la Tierra y los demás planetas giraban a su alrededor. 

Copérnico, sin embargo, mantuvo, aún bajo la influencia del antiguo modelo cosmológico, la idea de un Universo finito, cerrado por esferas, donde los planetas describían órbitas circulares perfectas. Su teoría heliocéntrica todavía se basaba en criterios de valor. Desde su punto de vista, parecía irracional mover un cuerpo tan grande como el Sol, en lugar de uno tan pequeño como la Tierra. Además, Copérnico atribuía al Sol, fuente de luz y vida, un estatus superior en la nobleza. Por tanto, sería más merecedor del estado de reposo, sinónimo de estabilidad,

Pero en el centro de todo está el Sol. ¿Quién, en verdad, en ese espléndido templo, pondría la luz en un lugar diferente o mejor que aquel desde el cual podría iluminar todo el templo al mismo tiempo? (...) Así, como si descansara en el trono real, el Sol gobierna la familia de estrellas circundante.

Al situarlo como un planeta como los demás, Copérnico rompió la separación esencial entre la Tierra y el cielo, presente en el pensamiento de Aristóteles. Con su hipótesis heliocéntrica, Copérnico construyó un modelo capaz de calcular y explicar con precisión los resultados astronómicos, de una forma más sencilla que la empleada por el modelo ptolemaico. 

Varios problemas particulares que desafiaron la interpretación basada en el modelo de Ptolomeo, cuyas soluciones contribuyeron a su creciente grado de artificialidad y oscuridad, fueron explicados con mayor naturalidad por Copérnico. Por ejemplo, las irregularidades observadas en los movimientos planetarios se atribuyeron ahora al hecho de que estos movimientos se observaban desde el punto de vista de la Tierra misma en movimiento. Al contrario,

La teoría copernicana no ganó inmediatamente la plena aceptación. Por el contrario, encontró reservas entre pensadores y estudiosos como el filósofo Francis Bacon y el astrónomo Tycho Brahe. Tuvo, por otra parte, grandes apoyos como Giordano Bruno, Johannes Kepler y Galileo Galilei, personajes que contribuyeron en gran medida a toda la revolución del pensamiento científico.

Ferviente partidario de la teoría heliocéntrica, Giordano Bruno dio un paso adelante en la revolución iniciada por Copérnico, rompiendo con la idea de un Universo finito. Inspirándose en el atomismo griego de Demócrito y Leucipo, Bruno proclamó la realidad de un Universo infinito y, como tal, homogéneo, por tanto, sin centro, límites ni posiciones diferenciadas o privilegiadas.

A un cuerpo de dimensión infinita no se le puede atribuir centro ni límites. Porque quien habla del vacío o del éter infinito, no le atribuye peso, ni ligereza, ni movimiento, ni distingue allí la región superior, inferior o intermedia; supone, además, que hay en este espacio innumerables cuerpos como nuestra Tierra y otras tierras, nuestro Sol y otros soles, todos los cuales realizan revoluciones en este espacio infinito, a través de espacios finitos y determinados, o alrededor de sus propios centros. Entonces nosotros en la Tierra decimos que la Tierra está en el centro; y todos los filósofos, antiguos y modernos y de cualquier credo, proclaman sin perjuicio de sus propios principios que aquí está verdaderamente el centro.

De hecho, el Universo de Giordano Bruno encajaba perfectamente con la descripción atomista del Cosmos. El atomismo postulaba la existencia de un universo formado por minúsculas partículas indivisibles, que se movían libremente en un vacío infinito y, mediante colisiones y combinaciones, daban lugar a todos los fenómenos. En este vacío, todas las posiciones eran equivalentes y neutrales. Asimismo, en el Universo de Giordano Bruno teníamos una Tierra moviéndose por un espacio neutro, sin centro, inmensamente poblado e infinito.

4. Galileo y Kepler: el nacimiento de la ciencia moderna

Incluso entre los partidarios del heliocentrismo, la cuestión de la finitud del Universo siguió siendo objeto de controversia. A diferencia de Bruno, Kepler creía firmemente en un Universo finito.

Esta idea trae consigo no sé qué horror secreto, escondido; de hecho, una persona se siente deambular por esta inmensidad, a la que se le niega el centro, los límites y, por lo tanto, cualquier lugar determinado. 

Kepler y Galileo creían que el Universo estaba organizado matemáticamente y que la ciencia se hacía comparando hipótesis con datos observados experimentalmente. Galileo, según Alexander Koyré "el hombre a quien la ciencia moderna le debe más que a ningún otro", argumentó que, para hacer juicios precisos de la Naturaleza, solo se deben considerar aquellas "cualidades" que fueran medibles. Solo a través de un análisis cuantitativo podríamos conocer el mundo con certeza. Con este pensamiento en mente, Galileo abogó por el experimento cuantitativo como prueba final de hipótesis.

Defensor del experimentalismo, Galileo acabó inventando y mejorando una serie de instrumentos: lentes, telescopios, microscopios, termómetros y brújulas. Algunos de estos instrumentos permitieron observar el Sol y la Luna en detalle. Estas observaciones permitieron comprobar que estas estrellas no tenían la forma esférica perfecta atribuida por Aristóteles, lo que representa un nuevo vuelco en los fundamentos metafísicos de la concepción aristotélica del Universo.

El uso de instrumentos desarrollados por Galileo dio una nueva dimensión al empirismo y terminó por golpear definitivamente a la física aristotélica. A través de la observación del fenómeno, Galileo concluyó que, contrariamente a lo que afirmaba Aristóteles, los cuerpos tardarían el mismo tiempo en caída libre desde la misma altura, independientemente de sus masas, y, a través del análisis matemático, terminó formulando la teoría de la caída uniformemente acelerada. movimiento de los cuerpos que caen.

La física aristotélica también sostenía que ningún cuerpo se movía de forma antinatural sin una fuerza externa constantemente aplicada. Galileo, por el contrario, desarrolló la idea decisiva de la inercia: así como un cuerpo en reposo tiende a permanecer en reposo, un cuerpo en movimiento tiende a permanecer en movimiento a menos que sea desviado de su estado original por un agente externo.

Galileo también refutó uno de los principales argumentos de la física aristotélica contra la idea de la Tierra en movimiento: un proyectil lanzado hacia arriba caería forzadamente en otro punto, ya que la Tierra habría caminado. Como no se observó este fenómeno, los aristotélicos continuaron creyendo que la Tierra era estacionaria. Galileo, a través del concepto de inercia, demostró que todos los objetos que se encuentran sobre la Tierra, así como los observadores situados en ella, están automáticamente dotados del movimiento del propio planeta y, por tanto, este movimiento sería imperceptible para cualquiera de estos. observadores

A pesar de toda su brillante contribución, Galileo no aplicó correctamente la idea de inercia, tal como la entendemos hoy, a los movimientos planetarios. Para él, los movimientos inerciales descritos por estos cuerpos eran de naturaleza circular (con velocidad constante). Por lo tanto, continuó manteniendo la noción de la naturalidad de los movimientos celestes como órbitas circulares centradas en el Sol. Una comprensión más profunda de estos movimientos, sus formas y sus causas, tuvo que esperar al trabajo de Kepler.

Kepler, profundamente influido por concepciones místico-filosóficas, sobre todo de carácter cristiano y platónico, identificó en la teoría copernicana la intuición de verdades más amplias que la simple adopción del sistema heliocéntrico. Creía que el modelo copernicano sería el presagio de una nueva teoría, capaz de describir matemáticamente un Universo ordenado y armonioso. Así, basándose en numerosos datos astronómicos recogidos por Tycho Brahe, Kepler descubrió que los datos referentes a las órbitas planetarias se ajustaban a una forma matemática elíptica.

A diferencia de los movimientos circulares uniformes, la idea de naturalidad no podía atribuirse a las formas elípticas de las órbitas. Para explicar esta forma orbital, Kepler propuso que el Sol era una fuente de movimiento en el Universo. Inspirándose en el trabajo de William Gilbert, quien recientemente había descubierto el magnetismo de la Tierra, Kepler extendió esta propiedad a todas las estrellas y planetas y sugirió que la fuerza impulsora del Sol era el resultado de la interacción entre los magnetismos de los cuerpos involucrados. Esta fuerza motriz sería la responsable de las órbitas elípticas. Así, la primera idea del Sistema Planetario apareció como un sistema de autogobierno, sin necesidad de recurrir a causas ajenas al propio sistema.

Con Kepler también apareció por primera vez la idea de una fuerza de atracción entre cuerpos. En el prefacio de su libro Astronomia Nova, Kepler afirma que la teoría de la gravedad debe basarse en el axioma de la atracción mutua entre cuerpos: por ejemplo, la Tierra atrae una piedra tanto como esa piedra la atrae a ella. También la Tierra y la Luna se atraen, por lo que es necesaria otra acción para explicar la distancia permanente entre ellas. 

Sin embargo, para Kepler, la atracción era solo entre cuerpos que de alguna manera tenían cierto "parentesco" (Kepler usó el término latino "cognado"); esta "afinidad" existiría entre la Tierra y la Luna, pero no, por ejemplo, entre la Tierra y los demás planetas. Podemos decir que aún había un elemento aristotélico en el pensamiento kepleriano, manifestado, en este caso, en el rol físico, en cierto modo, atribuido a las esencias (naturalezas) de los cuerpos (noción de afinidad o parentesco).

Así, vemos claramente: lo que impide a Kepler formular la ley de la gravitación universal es la persistencia en él de una concepción cualitativa del Universo. A la inversa, para que -y antes- esta ley pudiera ser formulada, esta concepción tuvo que ser reemplazada por otra, según la cual el ser material es en todas partes perfecta y absolutamente homogéneo. Sólo a este precio la atracción puede extenderse a todo el Universo e identificarse con la gravitación. Ahora bien, no es a Kepler, es a Galileo y Descartes, y también a los atomistas y materialistas del siglo XVII, Gassendi y Boyle, a quienes debemos esta concepción unitaria del ser físico.

La idea del Cosmos como sistema dinámico autónomo, ya apuntada en la teoría de Kepler, fue definitivamente reforzada por el pensamiento mecanicista de Descartes. Según Descartes, la Naturaleza era rigurosamente ordenada e impersonal, regida por las Matemáticas, y compuesta por una infinidad de partículas que chocaban y podían agregarse. El movimiento de estas partículas estaba regido por leyes mecánicas y el desafío del hombre era descubrir estas leyes. A pesar de la negación cartesiana del vacío y la indivisibilidad de la materia, el Universo cartesiano, en su enfoque mecanicista, tenía importantes similitudes con el Cosmos atomístico.

Preguntándose cómo sería el movimiento de una sola partícula en un universo infinito, sin direcciones absolutas, Descartes concluyó que un cuerpo en reposo permanecería en reposo y que un cuerpo en movimiento seguiría moviéndose en línea recta, con la misma velocidad, a la misma velocidad, a menos que un agente externo actúe sobre ella, formulando más perfectamente la Ley de Inercia, cuando se habla del carácter rectilíneo del movimiento. 

Descartes concluyó además que, como todo movimiento en el Universo es de origen mecánico, cualquier desviación de sus tendencias rectilíneas naturales debe ser consecuencia de colisiones con otros cuerpos.

Aplicando sus puntos de vista al problema del movimiento de los planetas, Descartes eliminó los últimos vestigios de la física aristotélica: el carácter natural de las órbitas circulares. Según él, a menos que hubiera una fuerza inhibidora, el movimiento de inercia de los planetas tendería necesariamente a empujarlos en una línea tangencial fuera de la curva de la órbita alrededor del Sol. No obstante, como el movimiento consistía en órbitas cerradas alrededor del Sol, era evidente que algo estaba obligando a los planetas a "caer" hacia el Sol. La física cartesiana, por otros argumentos, estaba en línea con la concepción de Kepler, con respecto a la necesidad de que una fuerza actuara como causa de la forma de los movimientos planetarios. Sin embargo, la verdadera naturaleza de esta fuerza aún no se había descubierto.

Durante mucho tiempo se ha especulado sobre una fuerza de atracción entre todos los cuerpos materiales. Esta fuerza ya había sido sugerida por algunos griegos y sabios medievales para explicar la caída de los cuerpos, como alternativa a la concepción aristotélica de los movimientos naturales.

A finales del siglo XVII, Robert Hooke, examinando la trayectoria descrita por una pequeña esfera que colgaba del extremo de un péndulo cónico, encontró que lo que obligaba a la esfera a describir esa trayectoria era una fuerza de tipo central, es decir, dirigida hacia un centro de fuerza, que permanecía inmóvil, mientras la esfera se movía en un determinado plano. 

Si esta fuerza no existiera, la tendencia natural del movimiento sería rectilínea. Hooke realizó una serie de experimentos demostrativos en la Royal Society of Sciences de Gran Bretaña que demostraron que la masa unida al péndulo cónico seguía trayectorias elípticas o circulares, según el impulso inicial que se le diera. El objetivo de Robert Hooke era buscar una analogía entre este problema y los movimientos planetarios.

Continuando con su análisis, Hooke concluyó que los movimientos de los cuerpos celestes revelaban la existencia de una fuerza de atracción entre los cuerpos. Hooke presentó sus conclusiones a través de una conferencia pronunciada en la Royal Academy of Sciences en 1670, donde afirmó:

Explicaré un sistema del mundo que difiere en muchos aspectos de todos los demás y que responde en todos los sentidos a las reglas ordinarias de la mecánica. Se basa en tres supuestos:

1º Que todos los cuerpos celestes, sin excepción alguna, tienen atracción o gravitación hacia sus propios centros, por lo que no sólo atraen sus propias partes, y les impiden alejarse, como lo vemos en la Tierra, sino que también atraen a todos los demás cuerpos celestes. órganos que se encuentran en el ámbito de su actividad; que, en consecuencia, el Sol y la Luna tienen una influencia sobre el cuerpo y el movimiento de la Tierra, y la Tierra una influencia sobre el Sol y la Luna, pero también que Mercurio, Venus, Marte y Saturno tienen, por su fuerza de atracción, una influencia considerable en el movimiento de la Tierra, como también la atracción recíproca de la Tierra tiene una influencia en estos planetas.

2.º Que todos los cuerpos que han recibido un movimiento simple y directo continúan moviéndose en línea recta, hasta que por alguna otra fuerza eficaz sean desviados y obligados a describir un círculo, una elipse o cualquier otra curva más complicada.

3º Que estas fuerzas de atracción son tanto más poderosas en su acción cuanto más cerca de sus centros están los cuerpos sobre los que actúan.

A fines de la década de 1670, Hooke formuló por primera vez la idea de una ley de atracción gravitacional entre cuerpos, con una intensidad proporcional al inverso del cuadrado de la distancia entre ellos. Sin embargo, habiendo llegado a ese punto, aparentemente no fue capaz de dar a su concepción el desarrollo matemático adecuado. Este fue el trabajo de Isaac Newton.

5. La mecánica de Newton y la teoría de la gravitación

La gran síntesis de la ciencia moderna, estableciendo las leyes físicas del movimiento a través de ecuaciones matemáticas y dando respuesta a todas las preguntas planteadas con la cosmología copernicana, fue obra de Isaac Newton.

A través de sus leyes del movimiento, Newton formuló exactamente el problema fundamental de la mecánica: la trayectoria que describe cualquier cuerpo se determina a partir del conocimiento de las fuerzas que actúan sobre él y de ciertas condiciones iniciales, representadas por su posición y su velocidad en movimiento en cualquier momento. 

Una vez que se conocen estos elementos, podemos determinar esta trayectoria de manera absolutamente inequívoca. Dotada de este instrumento, la física adquirió entonces un carácter de previsibilidad capaz de impresionar profundamente al hombre moderno. La evolución del pensamiento científico, iniciada por Galileo y Descartes, hacia la concepción de una Naturaleza descrita por leyes matemáticas alcanzó su gran florecimiento.

Con Newton, los problemas del movimiento de los planetas y la caída de cuerpos cerca de la superficie terrestre encontraron una explicación unificada en la idea de una fuerza gravitatoria, ya esbozada, pero no del todo formalizada por Hooke. Las leyes del movimiento planetario, enunciadas por Kepler, y el movimiento de los proyectiles terrestres se convirtieron en ejemplos de aplicación de los principios básicos de la teoría newtoniana, representados por las tres leyes de la mecánica y por la existencia de una fuerza de acción a distancia, por el cual dos cuerpos se atraen con una intensidad proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Newton demostró que los cuerpos bajo la acción de una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos y el cuerpo que los atrae describen órbitas que tienen forma de curvas cónicas. Cuando las órbitas están cerradas, tienen forma elíptica. Entonces se resolvió el problema de las órbitas elípticas de Kepler.

Los éxitos de la teoría newtoniana a la hora de explicar una amplia variedad de fenómenos sobre la base de unos pocos principios fundamentales fueron extraordinarios. La mecánica de Newton proporcionó, por ejemplo, la respuesta al problema de la forma del planeta Tierra. Newton explicó que si la Tierra no girase alrededor de su eje, tendría una forma esférica. Sin embargo, debido a este movimiento de rotación, existen fuerzas de inercia que hacen que se aplane en los polos y se alargue en el ecuador.

Newton también explicó la razón de la llamada "precesión de los equinoccios". De hecho, Copérnico había descubierto que el eje de rotación de la Tierra forma un ángulo de 23,5° con la normal al plano de la órbita alrededor del Sol. Aunque este ángulo permanece constante, el eje de rotación gira alrededor de esta normal, describiendo un cono completo cada 26000 años. 

Este fenómeno se denomina "precesión de los equinoccios" porque cambia, cada año, el momento en que la duración de los días es igual a la de las noches (equinoccios). Newton pudo explicar la razón de este movimiento: debido a que la Tierra es achatada en los polos, las atracciones gravitatorias producidas por la Luna y el Sol producirían un torque, responsable de la precesión. Newton, en sus escritos, fue aún más lejos, calculando la tasa de precesión y encontrando el resultado de 50" por año.

Newton también demostró que la explicación de la causa de las mareas oceánicas y del hecho de que haya dos mareas altas cada día radica en la fuerza gravitatoria que ejerce la Luna y, en menor medida, el Sol. La porción del océano ubicada directamente frente a la Luna experimenta una atracción más fuerte que la parte sólida del planeta que se encuentra justo debajo del océano, lo que provoca la marea alta. 

La porción diametralmente opuesta, sin embargo, también tendrá marea alta porque la parte sólida del planeta, ahora situada más cerca de la Luna que la porción del océano sobre ella, experimentará una atracción gravitacional lunar más intensa y se moverá hacia el satélite más de que el cuerpo de agua adyacente.

Finalmente, consideremos la concepción newtoniana de la fuerza de gravedad. La idea de acción a distancia presente en la fuerza gravitatoria fue rechazada por absurda por muchos de los contemporáneos de Newton, quienes incluso la asociaron con concepciones mágicas, propias del pensamiento precientífico. De hecho, a pesar de su formulación de la gravitación universal, el propio Newton tenía sólidas reservas sobre la idea de un cuerpo actuando sobre otro a cierta distancia. Lo escribió claramente en una carta a Richard Bentley:

Es inconcebible que la materia bruta inanimada, sin la mediación de nada más que material, pueda actuar y afectar a otra materia sin contacto mutuo, como lo haría si la gravitación, en el sentido de Epicuro, fuera esencial e inherente a ella. Y esa es una de las razones por las que desearía que no me atribuyeras una gravedad innata. Que la gravedad es innata, inherente y esencial a la materia, de modo que un cuerpo puede actuar sobre otro a distancia a través del vacío, sin la mediación de ninguna otra cosa por la que esta acción y fuerza se comunique de uno a otro, es para mí. un absurdo tal que creo que ningún hombre, por poco versado que sea en el tema de la filosofía, puede sucumbir jamás a él. 

Podríamos decir, por tanto, que a pesar de ello se consolidó la concepción de la gravedad como propiedad primaria de la materia.

A veces hablas de la gravedad como algo esencial e inherente a la materia. Le ruego que no me atribuya esta noción, porque la causa de la gravedad es algo que no pretendo saber y, por lo tanto, me gustaría considerar más.

En otras palabras, la teoría newtoniana no proporcionó una "explicación" de la gravedad como un fenómeno derivado de causas por determinar. Proporcionó una descripción matemáticamente formalizada de la forma en que su desempeño, considerado como un hecho puramente experimental, tiene lugar en la Naturaleza.

A pesar de cualquier extrañeza inicial, la construcción monumental presente en la obra de Newton pronto se convirtió en objeto de inmensa admiración por parte de los estudiosos. Su ciencia consistía en la deducción matemática de una gran variedad de resultados a partir de unos pocos principios, inferidos de la experiencia. Esta combinación de una sólida estructura lógico-deductiva, cuyo modelo paradigmático lo proporcionó la Geometría de Euclides, con un elemento empírico que sentó sus bases, se convirtió en un modelo para la construcción del pensamiento científico. En definitiva, la obra de Newton representó para su época, así como para las posteriores, el triunfo de la razón humana sobre la ignorancia.

6. Conclusión

La ciencia de Aristóteles fue eminentemente cualitativa, radicalmente integrada en su sistema filosófico. La física aristotélica era más bien una "metafísica del mundo sensible". Los conceptos de valor y finalidad jugaron, en el Universo surgido del pensamiento de Aristóteles, un papel esencialmente estructurador. Su finitud y organización eran determinaciones físicas inseparables de criterios metafísicos.

La revolución copernicana, al reducir la Tierra a un planeta móvil como cualquier otro, destruyó la coherencia físico-filosófica de la cosmología de Aristóteles y Ptolomeo. Se hizo necesaria una nueva física y una nueva cosmología para explicar las cuestiones que surgían de este nuevo Universo heliocéntrico. Con Galileo y Descartes, la matematización se instaura como instrumento para la nueva descripción de la Naturaleza.

La obra de Newton representó, entonces, la culminación de este proceso de transformación que dio origen a la ciencia moderna. Podemos citar como rasgos esenciales e inseparables de esta nueva cosmovisión.

- La destrucción del Cosmos aristotélico, rígidamente ordenado y metafísicamente jerarquizado, donde cada ser encontraba su lugar según su naturaleza;

- La geometrización del espacio, transformado de un espacio concreto, de partes cualitativamente distintas (lugares), en un espacio abstracto, representable a través de conceptos geométricos;

- La transformación del concepto de movimiento, abandonando el alcance de la idea aristotélica de cambio por la restringida idea de desplazamiento físico. Movimiento deja de significar cualquier proceso de transformación al que se someten los cuerpos, por su naturaleza o en vista de un fin a cumplir. Se abandonan las explicaciones asociadas a formas y fines en favor de una comprensión de los fenómenos basada en la concepción de causas eficientes. 

El movimiento, ahora como mero desplazamiento, pierde su naturaleza inherente al objeto, su carácter esencial. Se convierte en un estado, determinado desde el exterior por agentes físicos, a través de mecanismos de causalidad expresados ​​por leyes matemáticas e impersonales.

La mecánica newtoniana se convirtió en el paradigma de la teoría científica. La brillantez de su fuerza explicativa eclipsó las críticas que se le formularon, especialmente en relación con los conceptos de espacio y tiempo absolutos en los que se basaba. 

Durante dos siglos, la física se desarrolló tomándola como fundamento indiscutible, hasta que, a finales del siglo XIX y principios del XX, sus estructuras epistemológicas se vieron sacudidas irreconciliablemente por una doble crisis; la constatación de las inconsistencias lógicas entre los supuestos básicos de la mecánica clásica y la teoría electromagnética y la investigación del mundo microscópico. 

La primera debió su solución a Albert Einstein, con su teoría de la relatividad especial; la segunda desencadenó el rápido e intenso proceso de gestación que condujo a la formulación de la mecánica cuántica.

 Autor: Miguel Antonio D'Hers Carnevali.