La Unidad, es una aproximación a las principales cosmovisiones científicas de la ciencia occidental a partir de los cuatro grandes paradigmas de la Física, excluyendo otros paradigmas de las ciencias naturales por razones de relevancia y espacio.
Cada cosmovisión física se ha estudiado con arreglo a los siguiente criterios de exposición: la figura de los grandes científicos, los principios de carácter metafísico o místico, los supuestos teóricos de carácter científico, la relación entre los científicos de cada paradigma y, por último, la relación entre los distintos paradigmas.
El amplio recorrido por las distintas concepciones del cosmos (naturaleza, mundo, universo) incluye el paradigma de la Física Antigua y Medieval, el paradigma de la Revolución Científica, el paradigma de la Física Clásica y el paradigma contemporáneo de la Física Relativista.
Cuadro 1.
Las primeras cosmologías aparecen con las primeras civilizaciones complejas (Asiria, Mesopotamia, Egipto y Persia).
Aceptaban el carácter divino de los astros y tenían la convicción de que los movimientos astrales influían en el destino de las civilizaciones y la vida de los hombres. No obstante realizaron estudios precisos sobre las constelaciones estelares y los movimientos planetarios. Las primeras cosmologías eran un mezcla de observación astronómica y creencias astrológicas.
Cuadro 16.
Durante el otoño de 1610, y tras numerosos intentos fallidos (entre más de 60 telescopios que había construido, la mayoría no servían o eran defectuosos), Galileo construyó finalmente un telescopio adecuado. Este instrumento óptico tenía 20 aumentos. Cuando Galileo enfoca su telescopio hacia el cielo, descubre, al observar las fases de la Luna, que este astro tiene abundantes irregularidades o manchas en su superficie… lo que contradecía la teoría aristotélica, sostenida dogmáticamente por los astrónomos de la época, de que los astros del mundo celeste son perfectos e inmutables.
Cuadro 22.
Aristóteles consideraba al espacio como el límite externo o capacidad de contener los cuerpos, en tanto que el tiempo era la medida del movimiento local.
Para Newton, el espacio es el primer sistema de referencia absoluto e independiente de los cuerpos. Tienen tres dimensiones, es homogéneo, inmóvil e infinito. El tiempo es el segundo sistema de referencia absoluto e independiente de los cuerpos. Es continuo y uniforme.
Para Einstein espacio y tiempo no son absolutos ni independientes de los cuerpos, sino que son su cuarta dimensión. Los cuerpos determinan esta cuarta dimensión espacio-temporal a partir de sus propiedades e interacciones físicas.
Cuadro 23.
Movimiento inercial
La inercia es la resistencia que opone un cuerpo a cambiar de estado. La inercia mecánica fue definida por Newton. La primera ley de Newton o Ley de la inercia afirma que “En ausencia de fuerzas exteriores, todo cuerpo continúa en estado de reposo o movimiento rectilíneo a menos que actúe sobre él una fuerza que le obligue a cambiar de estado
Cuadro 24.
Newton fue el primer científico que demostró matemáticamente y comprobó experimentalmente que las leyes físicas que gobiernan los movimientos de los cuerpos terrestres y las que rigen el movimiento de los cuerpos celestes son exactamente las mismas. Newton es considerado el científico más grande de todos los tiempos, y su obra supone la culminación y el cierre de la Revolución científica.
Cuadro 25.
Gravedad.
Se denominada también fuerza gravitatoria, fuerza de gravedad, o gravitación Es la fuerza de atracción que experimentan entre sí todos los cuerpos del universo. Depende de unas ondas gravitatorias toda todavía no detectadas ni medidas experimentalmente por razones tecnológicas.
Cuadro 26.
La constatación empírica por la Astronomía actual de que el Universo está en permanente proceso de expansión (como un globo que ese hincha permanentemente), permite suponer con fundamento que en etapas anteriores se encontraba contraído por los efectos de la gravedad. El astrofísico y matemático Georges Lemaître propuso en 1927 la hipótesis de que en su momento inicial, el Universo era extremadamente pequeño y de una ilimitada densidad (el denominado huevo cósmico primigenio). Toda la materia y antimateria del Universo estaba concentrada en ese punto físico. La inimaginable explosión de este huevo cósmico (Big bang) marca el origen, expansión y desarrollo del Universo tal y como actualmente lo conocemos.
Cuadro 27.
Tridimensional
Un cuerpo es tridimensional porque tiene tres dimensiones espaciales: ancho, largo y profundo. A partir de la Teoría General de la relatividad sabemos que la realidad tiene cuatro dimensiones ya que el tiempo es la cuarta dimensión de los cuerpos.
Cuadro 28.
El éter era una hipotética substancia, de mero carácter especulativo, sin una base empírica corroborada, pero que fue aceptada como un dogma científico hasta su refutación por el experimento de Michelson-Morley en 1887. Sus propiedad esencia consistía en ser extremadamente ligero (etéreo), ya que se creía que ocupaba todos los espacios vacíos el Universo como un fluido.
Cuadro 29.
Probablemente, la ecuación de la física más conocida y popular es la expresión matemática de la equivalencia entre la masa y energía, E=mc², formulada por Einstein como una consecuencia física y matemática de la Teoría especial de la relatividad (1905).
Cuadro 30.
El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887 pero la explicación físico-matemática la logró Albert Einstein en 1905 cuando basó su teoría de la fotoelectricidad en una ampliación del trabajo sobre los cuantos de Max Planck y Leonad.
En un artículo que se titulaba Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de luz, Einstein proponía la hipótesis de un "quanto" de luz (ahora llamados fotones) y mostraba cómo se podía utilizar este concepto para explicar el efecto fotoeléctrico.
Más tarde Robert Andrews Millikan comprobó experimentalmente que la teoría de Einstein era correcta.
Este artículo constituyó uno de los pilares básicos de la mecánica cuántica. Por este descubrimiento y otras contribuciones a la física teórica, Einstein recibió el Premio Nobel de Física de 1921.
Cuadro 31.
La Teoría Especial de la Relatividad, formulada por el científico alemán de origen judío Albert Einstein (1879-1955) fue el genial intento de dar respuesta a las graves e insalvables anomalías del paradigma de la Física Clásica y propiciar una gran Revolución conceptual con el subsiguiente cambio de paradigma. En 1905 publicó en los Anales de Física un breve artículo sobre la Electrodinámica de los cuerpos en movimiento, en el que se exponen los supuestos teóricos de la Teoría Especial de la Relatividad
Cuadro 32.
SUPUESTOS TEÓRICOS DE LA TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD
- La velocidad de la luz es una constante universal.
- No hay un sistema de referencia absoluto (espacio y tiempo) para los movimientos de los cuerpos.
- Espacio y tiempo no son independientes de los cuerpos, sino que son su cuarta dimensión.
- Los cuerpos y masas determinan las propiedades puntuales de la cuarta dimensión del espacio-tiempo.
SUPUESTOS TEÓRICOS DE LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD
- El espacio físico no es rectilíneo y tridimensional sino curvo y cuatridimensional en función de la curvatura que producen las masas.
- El universo no tiene centro. Las masas se distribuyen aleatoriamente.
- El universo se expande actualmente como un globo que se hincha permanentemente.
- El Universo es ilimitado: la materia no admite la discontinuidad ser-nada.
Cuadro 33.
Masa.
Según una definición exclusivamente física, la masa representa el coeficiente de inercia de un cuerpo, es decir, la resistencia que el cuerpo opone a las variaciones de su estado de movimiento o de quietud.
Cuadro 5.
MECANICA ARISTOTÉLICA
- Movimiento rectilíneo: Aplicación de una fuerza constante al móvil mayor que la resistencia o peso.
- Movimiento de caída: Proporcionalidad directa entre velocidad de caída y peso.
- Movimiento de una flecha: Impulso retroactivo del aire que desplaza la flecha.
Cuadro 2.
La Teoría geocéntrica afirma que la Tierra está situada en el centro del Universo y los cuerpos celestes, incluido el Sol, giran alrededor de ella. Fue formulada por Aristóteles y tuvo vigencia hasta el siglo XVI, en la versión del astrónomo alejandrino Claudio Ptolomeo (siglo II a. de C.), formulada en su obra Almagesto.
Cuadro 3.
Cosmovisiones científicas. Es el conjunto de los paradigmas de las Ciencias naturales que se dan a lo largo de una época histórica determinada.
Cuadro 4.
Mecánica
Es la rama de la Física que se dedica al estudio de los movimientos de los cuerpos. Analiza y predice las condiciones de reposo y movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de las fuerzas.
Cuadro 8.
Aristarco de Samos 310-230 a. d. C.) fue un astrónomo griego de la Escuela de Alejandría que debe ser considerado como un avanzado precursor del paradigma astronómico de la Revolución científica del Renacimiento.
Estudió las fases de la Luna y estableció con bastante aproximación el tamaño del Sol y Luna, así como sus respectivas distancias a la Tierra. Además defendió una concepción heliocéntrica del Universo, con el Sol fijo y la Tierra y los planetas describiendo círculos a su alrededor.
Cuadro 6.
El modelo astronómico ptolemaico era excesivamente artificioso y complejo ya que necesitaba hasta 84 movimientos simultáneos (ciclos, epiciclos, deferentes, ecuantes) para funcionar. Además era un modelo asistemático o no estructural. Su funcionamiento permitía predecir con éxito movimientos planetarios aislados; pero cuando se ponían en relación o se combinaban las órbitas de varios planetas, el modelo se desajustaba y no daba una explicación completa sino parcial de los movimientos celestes.
Cuadro 7.
La Astronomía es una rama de la Física teórica que se ocupa del estudio de los astros o cuerpos celestes. Se divide en Astrofísica, que estudia la composición físico-química de los astros, Astrometría, que estudia sus movimientos, posiciones relativas y distancias, la Astronomía telescópica, que investiga el universo mediante telescopios ópticos y radiotelescopios, y la Astronomía del espacio, que estudia y explora el Cosmos mediante ingenios espaciales.
Cuadro 9.
SUPUESTOS TEÓRICOS DE LA ASTRONOMÍA PTOLEMAICA
- División entre mundo sublunar y celeste.
- Teoría geocéntrica y geoestática.
- Movimientos circulares y uniformes de los astros.
- No es un modelo físico sino matemático.
- No es un modelo estructural o integrado sino asistemático.
Cuadro 10.
Kepler formuló sus leyes a partir de las precisas observaciones astronómicas realizadas por Tycho Brahe. Sabía que estas leyes describían y explicaban matemáticamente los movimientos de los planetas en torno al Sol, pero no entendía las causas físicas de este fenómeno.
Fue Newton quien dedujo de los escritos de Kepler la exacta formulación matemática de las leyes. Además, Newton relacionó estas leyes con sus investigaciones. El estudio de Newton de las leyes de Kepler le llevó a la formulación de la ley de la gravitación universal.
Cuadro 11.
Ley física.
Una hipótesis físico-matemática contrastada positivamente (verificada) se convierte en una ley. Las leyes físicas expresan regularidades causales universales y necesarias de la naturaleza.
Cuadro 12.
Heliocentrismo.
Teoría astronómica propuesta primero por Aristarco de Samos y posteriormente por Copérnico. Afirma que la Tierra y los demás planetas giran alrededor del Sol que está inmóvil y ocupa el centro del universo. El modelo heliocéntrico copérnicano permitió dar una explicación estructural y más simple de los movimientos celestes.
Cuadro 13.
Rotación y traslación.
La tierra efectúa un movimiento diario de rotación alrededor de su eje y un movimiento anual alrededor del Sol.
La principal consecuencia del primero son la sucesión de los días y las noches. La consecuencia del segundo son las estaciones.
Cuadro 14.
Muchas de las ideas expuestas por Kepler, como el extraño modelo geométrico presentado en el Mysterium Cosmographicum con una imagen del mundo inscrita sobre los cinco sólidos regulares, la búsqueda de la música racional de las esferas, las proporciones matemáticas de carácter mágico, las relaciones alquímicas entre los planetas y los metales, e incluso las fuerzas magnéticas de atracción planetaria, no deben hacernos olvidar, a pesar de los espectaculares resultados científicos de la astronomía de Kepler, el especial clima mental, la atmósfera metafísica, mística y religiosa en que tales ideas surgieron.
Cuadro 17.
El 22 de junio de 1633, la Congregación del Santo Oficio decretó que Galileo era culpable por haber afirmado que la Tierra se mueve en torno al Sol como sostenía la astronomía copernicana, a la que se considera materialmente falsa y formalmente herética al entrar en contradicción con la concepción geocéntrica y geoestática sostenida por la Biblia. Galileo es obligado a abjurar de las ideas copernicanas ante las amenazas de la Inquisición. Con setenta años es condenado al silencio y a la penitencia de recitar, cada semana durante tres años, los salmos. Antes de morir ciego en 1642, en Arcetri, cerca de Florencia, completa con la ayuda de sus discípulos Viviani y Torricelli su otro gran Diálogo: Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno à due nuove scienze, que fue publicado en Holanda en 1636.
Cuadro 15.
SUPUESTOS TEÓRICOS DE LA ASTRONOMÍA COPERNICANA
- Teoría de las esferas celestes que mantienen a los astros en el cielo.
- Heliocentrismo.
- Doble movimiento de rotación y traslación de la Tierra.
- Movimientos circulares y uniformes de los astros.
- No es un modelo matemático sino físico.
- Es un modelo estructural que integra todos los movimientos celestes.
Cuadro 20.
El movimiento es la propiedad física constitutiva de la materia. La materia no existe sin movimiento,
lo que permite decir que la cantidad de movimiento presente en el mundo es constante. El movimiento y su medida, la energía, no pueden pues crearse ni destruirse, sino sólo transformarse.
Cuadro 21.
SUPUESTOS TEÓRICOS DE LA MODERNA CIENCIA FUNDADA POR GALILEO
- Síntesis entre lenguaje matemático y control experimental de las variables.
- Correspondencia entre fenómenos naturales y lenguaje matemático.
- Búsqueda de leyes físicas o regularidades causales de la naturaleza.
- Interés exclusivo por las relaciones empíricas medibles o cuantificables que se dan entre los fenómenos naturales.
- Investigación de las cualidades primarias u objetivas de los cuerpos.
Cuadro 18.
Cualidades secundarias.
Son las propiedades subjetivas de los cuerpos. No dependen del objeto (cualidades objetivas o primarias) sino del sujeto y de su organización sensorial. Por ejemplo, el color, el olor, el sabor… en general, las cualidades perceptivas.
Cuadro 19.
El 22 de junio 1633, en el convento dominico de Santa María, se emite la sentencia contra la teoría heliocéntrica que Galileo defiende en sus obras. El gran científico es condenado a la prisión de por vida (pena inmediatamente conmutada por confinamiento domiciliario perpetuo por el Papa Urbano VIII) y su obra es censurada y prohibida.
Es obligado a pronunciar la conocida fórmula de abjuración que el Santo Oficio había preparado y en la que Galileo reconoce expresamente sus “errores científicos”. El texto de la sentencia es difundido por toda Italia…