UD6: La Revolución Científica

1. ¿Qué novedades, respecto de la cosmovisión aristotélico-ptolemaica, presenta la imagen copernicana del universo? ¿Qué tesis conserva de esta conversación?

Las novedades más importantes que presenta el copernicanismo son las siguientes:

• A. El Sol como centro: El Sol, y no la Tierra, ocupa el centro del universo. Todos los planetas giran a su alrededor, incluida la Tierra. Así, el modelo heliocéntrico sustituye al geocentrismo.
• B. Geodinamismo: La Tierra no está inmóvil, sino que se mueve. Posee tres movimientos:
  • Movimiento de traslación alrededor del Sol.
  • Movimiento de rotación sobre sí misma.
  • Movimiento de inclinación de su eje.
  De este modo, el modelo copernicano es geodinámico, frente al ptolemaico que era geoestático.
• C. Homogeneidad del universo: El universo es homogéneo, no heterogéneo. La Tierra es un planeta más; ya no hay distinción entre el mundo sublunar y el mundo supralunar.
• D. Simplicidad matemática: El sistema copernicano era mucho más simple que el aristotélico-ptolemaico. Ptolomeo necesitaba 80 círculos frente a los 34 de Copérnico. Aunque se seguían usando epiciclos y deferentes, se evitaba el «escándalo» de los ecuantes.

No obstante, y pese al giro drástico que supuso su concepción heliocéntrica sobre el universo, Copérnico sostuvo tesis que eran propias del anterior paradigma:

• Se mantenían las esferas que sostenían a los planetas y su movimiento circular y uniforme.
• Se mantiene la finitud del universo.
• El movimiento circular obligaba a recurrir a las complicaciones de los epiciclos.

2. Enuncia la 1.ª y la 3.ª ley de Kepler y señala su importancia

La Primera Ley

Enuncia que los planetas se mueven en elipses, con el Sol en uno de sus focos.

Esta ley supone una revolución en la historia del pensamiento occidental: la caída de la circularidad como movimiento natural perfecto. Muestra la gran aspiración del pensamiento de Kepler: conjugar los datos de la observación con las exigencias de su razón matemática. Kepler no era capaz de acomodar el planeta Marte en un movimiento circular. La física y la astronomía antiguas estuvieron a punto de caer por este error.

Kepler comenzó a tener dudas sobre si las órbitas planetarias eran realmente circulares. Esto lo relata en su obra Astronomia Nova, donde afirma que su primer error fue tomar la trayectoria del planeta como un círculo perfecto, error que le robó mucho tiempo por ser lo que enseñaba la autoridad de todos los filósofos y estar de acuerdo con la metafísica de Aristóteles.

La Tercera Ley

Dice que los cuadrados de los períodos de revolución de dos planetas cualesquiera son proporcionales a los cubos de sus distancias medias al Sol.

Es decir, si dos planetas tienen periodos orbitales T₁ y T₂ (en días o años) y distancias medias desde el Sol —o ejes semimayores— A₁ y A₂, entonces la fórmula que expresa la 3.ª ley es:

(T₁ / T₂)² = (A₁ / A₂)³

O, si T es el período de revolución de un planeta y R el radio medio de su órbita, entonces:

T² = K · R³

Donde k es una constante de proporcionalidad (constante de Kepler) que depende de la masa del astro central. R coincide con el valor del semieje mayor para las órbitas elípticas.

Esta ley es la que consigue enlazar en un sistema todos los planetas. Solo a partir de Kepler puede hablarse de un sistema solar. La 3.ª ley es denominada «Ley de armonía del movimiento planetario».

3. ¿Qué descubrimientos realizó Galileo al utilizar el telescopio?

• Nuevas estrellas: Lo que demostraba, por un lado, que el número de astros de la astronomía aristotélico-ptolemaica era incorrecto y, por otro, que Dios no había puesto allí esas estrellas para disfrute del ser humano (pues muchas no se veían sin ayuda del telescopio). A pesar de este descubrimiento, Galileo no dio el paso de afirmar la infinitud del universo. Ya fuera por seguir a Copérnico o por temor a la Inquisición (visto el ejemplo de Bruno), afirmaba que el universo era limitado.
• Aspecto terráqueo de la Luna: Demostró que no es una esfera cristalina y perfecta de éter. En ella, a través del telescopio, se observan montañas y valles. Este hecho apoyaba la uniformidad del cosmos: no tenía sentido mantener la distinción aristotélica entre mundo sublunar y supralunar.
• Manchas solares: Confirmaban lo anteriormente dicho y negaban la supuesta perfección e inmutabilidad de los astros.
• Los satélites de Júpiter: Descubrió cuatro y los bautizó como «planetas mediceos». Este descubrimiento probaba que la Tierra no era el centro de todas las órbitas celestes, constituyendo un golpe mortal para el aristotelismo.
• Las fases de Venus: Demostraban que este planeta gira en torno al Sol.

4. ¿Qué significa la expresión “matematización del universo” referida a la ciencia moderna?

A. Matematización del universo

En la Antigüedad, el lenguaje de la física es cualitativo. En la Modernidad, el lenguaje de la física es cuantitativo (expresa proporciones y relaciones matemáticas a través de fórmulas y ecuaciones).

Kepler y Descartes inician una tendencia que definirá la modernidad: expresar sus teorías en lenguaje matemático. La nueva astronomía no hubiera sido posible sin este cambio en la concepción de la ciencia antigua, centrado en la matematización total de los fenómenos observados en la Naturaleza.

De este modo, espacio y tiempo, concebidos de manera matemática, son dos conceptos fundamentales: el espacio físico se identifica con el espacio geométrico y el tiempo se representa como una realidad medible y expresable también geométricamente. Esta visión dio lugar a un modelo mecanicista del Universo, frente al modelo organicista previo.

La dinámica galileana

Galileo da una definición para cada tipo de movimiento expresable matemáticamente:

• Movimiento rectilíneo uniforme: Definido como «aquel en el que las distancias recorridas por el cuerpo en movimiento durante cualesquiera intervalos de tiempo son iguales entre sí».
• Proporción matemática: v = e / t

5. El método resolutivo-compositivo

El método de Galileo se levanta, por una parte, contra el nominalismo vigente y, por otra, contra la simple recogida de datos para conseguir una generalización inductiva a partir de la experiencia.

La experiencia es una observación ingenua: pretende ser fiel a lo que aparece, pero introduce subrepticiamente creencias y modos de pensar ya asumidos a través de la tradición. El experimento, por el contrario, es un proyecto matemático que elige las características relevantes (cuantificables) y desecha las demás. El pitagorismo de Galileo lo lleva a considerar las cualidades no cuantificables (cualidades segundas) como irreales o subjetivas. Realmente solo existe aquello que puede ser medido (cualidades primeras).

Galileo traza los pasos del método experimental en su carta a Pierre Carcavy:

1. Resolución: A partir de la experiencia sensible, se analiza lo dado, dejando solo las propiedades esenciales.
2. Composición: Construcción o síntesis de una «suposición» (hipótesis), enlazando las propiedades esenciales. De esta hipótesis se deducen consecuencias experimentales.
3. Resolución experimental: Puesta a prueba de los efectos deducidos. El mundo nuevo surge por la confianza absoluta en la razón proyectiva. La razón impone sus leyes a la experiencia, convirtiéndola en un mero índice de la potencia del intelecto. Es el inicio de la razón como factor de dominio del mundo.

6. El concepto de espacio en la física newtoniana

El espacio newtoniano tiene las siguientes propiedades:

• A) Espacio homogéneo: Existe de modo objetivo. No está dividido en regiones (sublunar/supralunar) ni hay distinciones religiosas. Es un espacio geométrico donde solo hay diferencias de posición.
• B) Espacio independiente: Es un mero recipiente, un vacío llenado por la materia; el espacio es anterior a la materia. Newton llegó a admitir que el espacio era el «sensorium dei» (sensorio de Dios), asociándole características divinas: uno, inmóvil, eterno y necesario.
• C) Infinito: Si el espacio estuviera limitado, los puntos fuera del límite no serían espacio, rompiendo la homogeneidad.
• D) Relatividad de posición: Toda posición es equivalente. En un espacio ilimitado no hay lugares de privilegio ni centro. Las esferas cristalinas aristotélicas carecen de sentido.
• E) Divisibilidad infinita: Cualquier intervalo puede ser infinitamente divisible. Bajo un enfoque matemático, hay una infinidad de puntos entre dos posiciones, lo que dará lugar al cálculo infinitesimal.
• F) Inacción causal: El espacio es pasivo; no actúa sobre los elementos que contiene. La causa del movimiento está en los cuerpos (materia) y no en la posición espacial, lo que conduce al concepto de gravedad.

7. Enuncia la ley de la inercia de Newton y sus consecuencias

I) Ley de la inercia:

Este principio establece que si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluyendo el reposo, que es velocidad cero). Esta ley unifica la región sublunar y la supralunar: si el movimiento no es rectilíneo, se debe a una fuerza exterior.

La primera ley de Newton sirve para definir los Sistemas de referencia inerciales: aquellos desde los que se observa que un cuerpo sin fuerzas netas se mueve con velocidad constante.

Consecuencias: Es virtualmente imposible encontrar un sistema de referencia inercial perfecto, puesto que siempre hay fuerzas actuando. Sin embargo, es posible encontrar sistemas donde el problema se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial.

8. Enuncia la ley de gravitación universal de Newton

También llamada ley de la gravedad, establece la fuerza con la que se atraen dos cuerpos por el simple hecho de tener masa. Según esta ley, todos los objetos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros.

F = G · (m₁ · m₂) / r²

• F: Es el vector fuerza gravitatoria. Su unidad en el SI es el Newton (N).
• G: Es la constante de gravitación universal (G = 6,67 · 10^-11 N·m²/kg²).
• M y m: Son las masas de los cuerpos que interaccionan (kg).
• r: Es la distancia que los separa.