COSMOVISIONES CIENTÍFICAS

 LOS PRIMEROS SISTEMAS COSMOLÓGICOS

 El interés por el universo lo encontramos ya en Babilonia y Egipto. En estas culturas, con clara influencia oriental, se concibe el cosmos como una enorme sala que tiene por techo el firmamento y por suelo la Tierra, rodeada por un foso de agua que la separa de las montañas que sostienen la cúpula del firmamento. El carácter divino de los astros y el convencimiento de que sus movimientos influyen en la vida de los hombres (astrología) les llevaron a hacer numerosas observaciones que les permitieron situar doce constelaciones del Zodiaco y predecir los eclipses con bastante precisión.

 
Pero fue en Grecia donde los primeros filósofos hicieron verdaderos avances en el terreno de la astronomía y la cosmología.

 En los tiempos de del poeta Homero imaginaban la Tierra como un disco plano rodeado por el océano. Encima estaba la bóveda de los cielos y debajo la del Tártaro o mansión de los muertos.

Pitágoras (570-480 a.C.), introduciendo una nueva visión, consideró que la Tierra, del mismo modo que el Sol y los demás planetas, era esférica. La esfera representaba la figura perfecta y por eso todos los cuerpos celestes debían tener esa forma. Además, como el número perfecto era el 10, debían existir diez cuerpos celestes: el fuego central, alrededor del cual giraban en esferas concéntricas todos los demás, la Tierra, la Luna, el Sol, Mercurio, Venus, Marte, Jupiter y Saturno. Como faltaba uno, pensó en la existencia de una “Anti-Tierra” que los complementara.

   I. LA COSMOLOGÍA ANTIGUA: EL MODELO ARISTOTÉLICO- PTOLEMAICO

 Para Aristóteles el universo, que es finito y eterno, se encuentra dividido en dos: el sublunar y el supralunar, reproduciendo de esta forma en cierto modo el dualismo platónico, cada uno de ellos con características bien distintas, como veremos a continuación.

El mundo sublunar, en efecto, está formado por los cuatro elementos (agua, tierra, fuego y aire) y sometido al cambio, a la generación y a la corrupción (nacimiento y muerte). En él,  los elementos tienen una tendencia natural al movimiento hacia arriba (fuego y aire) o hacia abajo ( tierra y agua). El mundo supralunar, por el contrario, está formado por una materia especial, incorruptible, el éter o quintaesencia, que solamente está sometido a un tipo de cambio, el movimiento circular, que, al igual que Platón, Aristóteles considera una forma perfecta de movimiento.

La Tierra, que es una esfera inmóvil, se encuentra en el centro del universo y, alrededor de ella, incrustados en esferas concéntricas transparentes, giran los demás astros y planetas, arrastrados por el giro de las esferas en que se encuentran y que están movidas por una serie de motores que deben su movimiento a un último motor inmóvil, que actúa directamente sobre la última esfera, más allá de la cual ya no hay nada, la llamada esfera de las estrellas fijas (porque se suponía que las estrellas estaban incrustadas, fijadas, en esta esfera) que es movida directamente por el motor inmóvil, y que transmite su movimiento a todas las demás esferas y al mundo sublunar.

En el siglo II, Ptolomeo (100-170) asumió el geocentrismo aristotélico, y atribuyó a los planetas una doble órbita. En su obra, llamada por los árabes Almagesto (“El más grande”) sistematizó toda la astronomía griega y expuso su teoría de los “epiciclos”. Así explicaba un misterio hasta ese momento impenetrable: el aparente desplazamiento hacia atrás de algunos planetas, esto es, los movimientos irregulares de los planetas, que hacen que en unas ocasiones sean vistos en  una posición avanzada respecto a la Tierra y a las estrellas fijas y, en otras ocasiones, retrasada. Para ello propuso que los planetas, al mismo tiempo que giraban alrededor de la Tierra en un gran círculo (deferente), lo van haciendo en un círculo menor (epiciclo), que gira sobre un punto imaginario situado en el primero.

De este modo se obtenía un movimiento circular en forma de bucles que parecía dar respuesta al problema planteado, sobre todo si se admitía además que la Tierra gira alrededor de su eje.

El cristianismo añadió el concepto de Creación a esta imagen del mundo cerrado. Asimiló el primer motor aristotélico con Dios y el orbe  supralunar con el cielo. Así se formó la interpretación medieval del mundo centrada en Dios y en el mundo sobrenatural (teocentrismo)

II. LA COSMOLOGÍA MODERNA

 En el Renacimiento se revisó el sistema aristotélico y se inició un cambio de perspectiva cuyas características más destacables son el heliocenntrismo, el descubrimiento de las matemáticas como estructura del universo y un nuevo método de conocimiento. Junto a ellas, surgió una actitud de dominio de la naturaleza, muy diferente al anterior talante contemplativo, que dio lugar a un gran desarrollo de la técnica.

 1. N. COPÉRNICO

 Nicolás Copérnico (1473-1543) dio un giro total a la astronomía al proponer un sistema heliocéntrico, considerando al sol fijo y en el centro y a la tierra girando a su alrededor.

En su explicación del universo encontramos el sol en el centro e inmóvil y girando alrededor de él los planetas, en el orden que conocemos de Mercurio a Saturno, con un movimiento circular. Fiel a Aristóteles, defendió las esferas cristalinas y el universo finito y perfectamente delimitado por la última de las esferas, la de las estrellas fijas que es inmóvil. La Tierra, que es esférica, se mueve alrededor del sol y también gira alrededor de su eje.

A pesar de la conmoción en el sistema del mundo que provocó Copérnico, en su nuevo mundo subsisten numerosos elementos pertenecientes al viejo mundo. El mundo de Copérnico no es un universo infinito; es mayor que el de Ptolomeo, pero continúa siendo un mundo cerrado. La forma perfecta es la esférica y el movimiento perfecto es el circular. Los planetas no se mueven en órbitas; son transportados por esferas cristalinas y estas esferas poseen una realidad material.

Su grandeza estuvo en tener el valor suficiente para cambiar de camino: propuso un paradigma o gran teoría alternativa, que al principio no parecía aportar demasiadas ventajas y ni siquiera se presentaba como mucho más sencilla que la de Ptolomeo (éste proponía 40 círculos, Copérnico 36).

Copérnico murió en 1543 y ese mismo año se publicó su obra De revolutionibus. Los ataques en contra de la nueva teoría no tardaron en producirse.

2.T. BRAHE

 Entre la obra de Copérnico y la de Kepler se sitúa el trabajo de otro personaje que influiría notablemente en la astronomía: el danés Tycho Brahe (1546-1601). Dispuso de medios y del mejor observatorio hasta entonces conocido en la isla de Hven  (en el estrecho de Copenhague), concedida por el rey Federico II de Dinamarca, quien fue su gran protector.

Su gran mérito consistió en las observaciones por él realizadas. Sus observaciones (nova, cometa) le llevaron a rechazar la existencia real de las esferas cristalinas que en la cosmología tradicional estaban destinadas a trasladar los planetas. Serán reemplazadas por las órbitas, entendidas en el sentido actual de trayectorias.

Frente al heliocentrismo copernicano propuso un nuevo sistema del mundo: la Tierra está en el centro del universo en reposo; la luna, el sol y las estrellas fijas giran alrededor de la Tierra, y alrededor del sol los restantes planetas.

 3.J. KEPLER

 Johannes Kepler (1571-1630), nacido en Alemania, recibió una educación luterana y una sólida formación en matemáticas y astronomía. Conoció en Tubinga la teoría copernicana, que aceptó sin reservas. Fue ayudante de Brahe en Praga, y tras la muerte de éste el emperador Rodolfo II lo nombró matemático imperial. De él recogió sus observaciones y, también como él, rechazó que el universo estuviera formado por esferas y defendió el concepto de órbita.

Su labor astronómica está teñida de preocupaciones teológicas. Sostiene la idea de que todo el universo constituye una estructura racional y perfecta, de carácter matemático en la que se manifiesta la sabiduría de Dios. Misticismo, matemática, astronomía y física se encuentran estrechamente asociados en la mente de kepler. El sol es “el cuerpo más hermoso, es “el ojo del mundo”. Los planetas son movidos por una fuerza motriz como la fuerza magnética, fuerza que emana del sol. El sol es la causa de los movimientos planetarios, es el anima motriz.

En su obra Astronomía nova, publicada en 1609 introdujo el concepto de fuerza como magnitud medible y expresable geométricamente. Pero la aportación más importante de kepler  son sus famosas tres leyes. Las dos primeras se encuentran en la obra mencionada y  regulaban el movimiento de Marte. Nueve años más tarde extendió estas leyes al resto de los cuerpos celestes, y en 1619, en su obra Harmonices mundi, formulóla tercera ley sobre el movimiento de los planetas. Las tres leyes dicen lo siguiente:

1. Los planetas se mueven en elipses con el sol en uno de sus focos.
2. El radio vector de la elipse barre áreas iguales en tiempos iguales.
3. El cuadrado del tiempo empleado por cualquier planeta en completar su órbita es proporcional al cubo de su distancia al sol.

Kepler rompe totalmente con los principios de la cosmología aristotélica. La primera ley rompe con el “hechizo de la circularidad”(el círculo o la esfera como las figuras perfectas, y la circularidad como el movimiento natural perfecto). La segunda ley rompe con la uniformidad de los movimientos planetarios. Por último, la tercera consigue enlazar en un sistema todos los planetas. Solo a partir de kepler puede hablarse de un sistema solar. Por ello la tercera ley es denominada la ley de armonía del movimiento planetario

4. GALILEO

 Galileo Galilei (1564-1642) nació en Pisa, su vida transcurrió por distintas ciudades, Padua -donde ejerció la docencia-, Venecia, Florencia. Acusado de herejía debido a su copernicanismo y denunciado al Santo Oficio, fue procesado en 1616, y se le prohibió enseñar o defender las teorías incriminadas. Más tarde, en 1633 fue procesado de nuevo y obligado a la abjuración. La prisión perpetua se le conmutó por el confinamiento, primero junto a su amigo, el arzobispo de Siena, y más adelante en su propia casa.

El uso de los anteojos le permitió aducir argumentos que, según creía, demostraban el heliocentrismo: las manchas del sol, las montañas y valles de la luna, los satélites de Júpiter, las fases de Venus.

La mayor aportación de Galileo se sitúa en el estudio del movimiento de los cuerpos, que hace posible establecer unas nuevas bases para la cosmología. En sus obras El diálogo sobre los dos sistemas del mundo, ptolemaico y copernicano, publicada en 1632, y Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos nuevas ciencias, publicada en 1638, se recogen sus principales ideas en esta materia.

A Galileo no le interesan las causas del movimiento sino sus propiedades  en cuanto que éstas pueden ser expresables matemáticamente. Así el movimiento uniforme es “aquel en el que los espacios recorridos por un móvil en tiempos iguales, cualesquira que estos sean, son iguales entre sí”.

En el Diálogo establece el principio de la relatividad de movimientos: basándose en observaciones mecánicas en el interior de un sistema determinado, es imposible establecer si dicho sistema se halla en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. Este principio se puede considerar como el precedente de la relatividad restringida de Einstein. Para comprenderlo empecemos por el argumento en contra del movimiento terreste que aparece en esta obra: si en un barco en reposo se deja caer una piedra desde la extremidad de uno de sus palos, la piedra cae perpendicularmente a la base del mismo palo. En cambio, si se está en un barco en movimiento, entonces la piedra que se deja caer desde lo alto del palo cae lejos de la base de éste, en dirección a popa. Lo mismo tendría que ocurrir con una piedra que se deja caer desde lo alto de una torre, si se supone que la Tierra está en movimiento. Esto no sucede, y por lo tanto la Tierra está inmóvil. A esto replica Galileo con la relatividad de los movimientos. Si dentro del barco colocamos animales voladores, peces nadando, arrojamos objetos a otro, etc, es decir, cualquier movimiento que tenga lugar dentro del barco ocurrirá de la misma manera si el barco está en reposo o está en movimiento rectilíneo uniforme. Con todo esto Galileo quiere dejar claro que cualquier movimiento que se atribuye a la Tierra, a nosotros, como habitantes de ella, nos ha de resultar imperceptible.

Por otra parte, su estudio se centró en el movimiento uniformemente acelerado que permite explicar la caída de los cuerpos. En sus primeros experimentos encontró que, al dejar caer cuerpos de diferentes pesos (una bala de cañón, una bala de mosquete) desde la misma altura, tardaban el mismo tiempo. Más adelante, para facilitar las mediciones necesarias de la velocidad y de los tiempos empleados en recorrer un determinado espacio, elaboró un plano levemente inclinado con una ranura  por la que hacía deslizar unas bolas de acero pulimentado. De este modo pudo comprobar que la velocidad de caída crecía de manera uniforme con el tiempo empleado.”Un cuerpo está uniformemente acelerado cuando partiendo del reposo adquiere, durante intervalos iguales, incrementos iguales de velocidad”(Consideraciones)

El plano inclinado le sirvió al mismo tiempo para comprobar que las bolas de acero, después de rodar por él, continuaban moviéndose por un plano horizontal con una velocidad constante hasta que el rozamiento o el aire las detenía. Con ello pudo demostrar que un cuerpo en movimiento continúa moviéndose sin que necesite una fuerza para mantenerlo en contra de lo que pensaba Aristóteles. Esto se convertiría en el principio de inercia, que él no llegó a formular explícitamente, lo cual sería mérito de  Descartes.

Con Galileo el universo aristotélico se desmorona por completo y una sola física es válida para explicar tanto el mundo celeste como el terrestre.

 5. NEWTON

 Isaac Newton (1642-1727) es uno de los más grandes científicos de todos los tiempos. Fue el científico que llevó a su culminación la revolución científica, y con su sistema del mundo se configuró la física clásica. No fueron únicamente sus descubrimientos astronómicos, ópticos o matemáticos los que le otorgan un lugar en la historia de la filosofía; Newton, además, estuvo preocupado por importantes cuestiones teológicas y elaboró una cuidadosa teoría metodológica.

El libro más famoso de newton son los Philosophiae naturalis principia mathemática, publicado por primera vez en 1687. Este libro puede ser considerado como la culminación de miles de años de esfuerzo por comprender la dinámica del universo, los principios de la fuerza y del movimiento, y la física de los cuerpos en movimiento en medios distintos. Con Newton acaba una fase en la actitud de los filósofos hacia la naturaleza y comienza otra nueva.

En los Principia matemática se ofrece una demostración matemática de la hipótesis copernicana tal como la propone Kepler, explicando todos los fenómenos de los movimientos celestes por medio de la única hipótesis de una gravitación hacia el centro del sol, decreciente de acuerdo con el inverso de los cuadrados de las distancias a éste.

El sistema del mundo es una gran máquina. El orden del universo revela el proyecto de un Ser inteligente y potente; dicho orden muestra con toda evidencia la existencia de un Dios sumamente inteligente y potente. Dios es eterno, infinito, omnipotente y omnisciente.

Las letras del alfabeto con el que está escrito el libro de la naturaleza están constituidas por un número infinito de partículas, cuyos movimientos se hallan regulados por una sintaxis configurada por las leyes del movimiento y por la gravitación universal.

Las tres leyes newtonianas del movimiento son las siguientes:

1ª) La ley de inercia, sobre la que ya había trabajado Galileo y que Descartes había formulado con toda exactitud.”Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se vea obligado a modificar dicho estado por fuerzas que se apliquen sobre él”. (“Los proyectiles perseveran en sus movimientos hasta que no se vean entorpecidos por la resistencia del aire o no sean atraídos hacia abajo por la fuerza de la gravedad. Un trompo no deja de girar, si no es porque se le opone la resistencia del aire…”).

2ª) Ya formulada por Galileo. “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz que se aplica, y se da en la dirección de la línea recta según la cual ha sido aplicada la fuerza”. (“Si una fuerza determinada genera un movimiento determinado, una fuerza doble generará un movimiento doble…”).

3ª) “A toda acción se opone siempre una reacción igual: las acciones recíprocas de dos cuerpos son iguales siempre, y dirigidas en sentido contrario”. (Si presionas con un dedo una piedra, también el dedo será presionado por la piedra. Si un caballo tira de una piedra atada con una cuerda, también el caballo se ve tirado hacia atrás, hacia la piedra.”).

Ahora bien, los estados de reposo y movimiento rectilíneo uniforme sólo pueden determinarse en relación con otros cuerpos que están en reposo o en movimiento. Puesto que no se puede llegar hasta el infinito en la referencia a nuevos sistemas de encuadramiento, Newton introduce las nociones de tiempo absoluto y de espacio absoluto.”El tiempo absoluto verdadero y matemático, fluye de manera uniforme sin relación con nada externo”. “El espacio absoluto carece de toda relación con nada externo, permanece siempre semejante a sí mismo e inmóvil”.

En el interior del espacio absoluto –que Newton llama sensorium Dei– la maravillosa conjunción de cuerpos se mantiene unida mediante la ley de gravedad. Ésta señala que la fuerza de gravitación con que dos cuerpos se atraen es directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia:

 F= G. m . m

               D

Con la ley de la gravedad, Newton llegaba a un único principio que era capaz de dar cuenta de una cantidad indefinida de fenómenos. La fuerza que hace que caigan al suelo una piedra o una manzana es de la misma naturaleza que la fuerza que mantiene a la luna vinculada con la Tierra, y a la tierra con el sol. La misma que explica las mareas (efecto de la atracción del sol y la luna sobre el agua del mar).

 3.LAS REVOLUCIONES CIENTÍFICAS DEL SIGLO XX

 En el siglo XX se han producido tres grandes revoluciones que han cambiado el modo de entender la realidad:

1) En el ámbito de la física, las teorías de la relatividad y cuántica originan un nuevo concepto de la estructura del universo y de la materia.

2) En el ámbito biológico, la bioquímica y la genética muestran la vida como resultado de la complejidad y autoorganización de la materia.

3) En el ámbito humano, la revolución digital y las neurociencias relacionan la conciencia con la física y la biología, respectivamente.

 3.1. LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD.EINSTEIN (1879-1955)

 3.1.1. La teoría de la relatividad restringida (1905)

 Esta teoría reposa sobre dos principios:

La luz va siempre (sea cual sea el movimiento del observador) a la misma velocidad: c = 300.000 km/sg

Principio de relatividad: nada puede estar absolutamente inmóvil.