El Modelo Heliocéntrico

Aristarco de Samos (siglo III a. C.) propuso sin mucho éxito el modelo heliocéntrico.

Nicolás Copérnico estableció las siguientes características de su universo heliocéntrico:

• El Sol está estático en el centro y los planetas giran a su alrededor.
• La Luna gira alrededor de la Tierra en un periodo de 28 días.
• Las estrellas fijas delimitan el universo.
• Las órbitas son circulares, pero se necesitan las órbitas excéntricas, los deferentes y los epiciclos para explicar las posiciones de los planetas.
• La Tierra tiene tres movimientos: rotación (sobre su eje), traslación (alrededor del Sol) y oscilación (respecto al plano de la eclíptica).

Surgieron dos anomalías:

• El movimiento de traslación debería permitir ver cambios en el brillo y tamaño de las estrellas.
• La caída de los cuerpos hacia la Tierra no se puede explicar si gira alrededor del Sol.

Las Aportaciones de Kepler y Galileo

Leyes de Kepler

1. 1ª Ley: Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas (los epiciclos y los deferentes se vuelven innecesarios), el Sol se encuentra en uno de los focos de la elipse.
2. 2ª Ley: El radio vector que une un planeta y el Sol recorre áreas iguales en tiempos iguales. La consecuencia es que la velocidad en la trayectoria no es constante.
3. 3ª Ley: Existe una proporción numérica que se cumple en el caso de todos los planetas.

La Física de Newton

Leyes de la Dinámica

1. Ley de la Inercia: Todo cuerpo se mantiene en su estado de movimiento uniforme o de reposo si sobre él no se realiza ninguna fuerza.
2. Ley de la Fuerza: La aceleración que sufre un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada.
3. Ley Acción y Reacción: Siempre que un cuerpo ejerza una fuerza sobre un objeto, este ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección pero en sentido opuesto.

Ley de la Gravitación Universal

La ley de la gravitación universal dice que la fuerza ejercida entre dos cuerpos de masas m₁ y m₂ separados una distancia r es igual al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, esta ley unifica la mecánica celeste y la terrestre en contraposición a los dos mundos de Aristóteles. A partir de esta ley, Newton dijo que la luz poseía un carácter corpuscular (material) (movimiento corpuscular de la luz). La existencia de un espacio y tiempo absoluto junto con el carácter corpuscular de la luz, serán las que finalmente den paso a una nueva revolución científica.

Características del Modelo Mecanicista

Mecanicismo: El universo está compuesto por átomos que se mueven mediante leyes deterministas expresadas matemáticamente, se opone al finalismo del modelo aristotélico y rechaza la existencia de causas finales.

Determinismo (niega la libertad): Astrónomo francés Pierre-Simon Laplace, todo fenómeno está sujeto a leyes causales (misma causa mismo efecto).

Matematización: La naturaleza es cuantitativa (se conoce a través de las matemáticas) por lo que se le resta valor a las cualidades de la misma (cualitativo).

Homogeneidad: Dos principios: (la combinación de ambos lleva a la ley de la gravitación universal)

• Simplicidad: Entre dos explicaciones se escoge la más simple.
• Uniformidad: Misma causa mismo efecto.

Rechazo del Antropocentrismo: En el modelo heliocéntrico la Tierra ya no está en el centro sino que gira alrededor del Sol. El ser humano es insignificante.

La Crisis de la Mecánica Clásica

Anomalías en el modelo de Newton:

• Termodinámica: Estudia la transformación de calor en energía mecánica, pero nunca se puede hacer al completo por lo que dio lugar al principio de entropía que se opone al principio de la mecánica clásica que dice que todos los procesos físicos son reversibles.
• Luz: La luz se puede comportar como una onda o como materia (corpúsculo).
• Electromagnetismo: La fuerza del campo electromagnético actúa en una dirección distinta a la recta que une los dos cuerpos, yendo en contra de la mecánica de Newton en la que las fuerzas se ejercían en línea recta.

Surgieron dos paradigmas: (incompatibles entre ellos)

• Teoría de la Relatividad: Einstein, para referirse a lo macroscópico.
• Mecánica Cuántica: Para referirse a lo microscópico.

Teoría de la Relatividad

Teoría de la Relatividad Especial: El espacio y el tiempo son relativos, y la luz se propaga a una velocidad constante (sus conclusiones van en contra del sentido común).

Teoría de la Relatividad General: (10 años más tarde) Afirma la existencia del campo gravitatorio y la considera como una deformación curva del espacio.

Mecánica Cuántica

Max Planck: La materia no absorbe ni emite energía de forma continua, sino discontinua en forma de cuantos.

Niels Böhr: Diseñó un modelo atómico en el que los átomos se sitúan en órbitas y al pasar de una a otra emiten o absorben energía en forma de cuantos. Dos nuevos principios de la física contemporánea:

• Principio de Complementariedad de Böhr: Los objetos cuánticos unas veces actúan como ondas y otras como materia dependiendo del observador.
• Principio de Incertidumbre de Heisenberg: No se puede conocer con precisión a la vez la posición y velocidad de los átomos, por lo que hay indeterminación en la naturaleza a nivel microscópico.

Teoría del Caos (hipótesis): Propuesta por Edward Lorenze y dice que en el universo hay una cierta aleatoriedad pero aun así hay una cierta repetición de patrones (efecto mariposa: un pequeño acontecimiento en un sistema altamente inestable puede desencadenar un efecto imprevisto de gran envergadura).

Teoría del Big Bang (hipótesis): El universo no es estático sino que se expande continuamente, por lo que si retrocedemos en el tiempo hubo un momento en el que toda la materia se encontraba concentrada en un punto con una densidad inimaginable.

Características del Universo Cuántico y Relativista

Fragmentación: Diferentes teorías dependiendo de la realidad.

Indeterminismo: Poder predecir el futuro con el principio de incertidumbre de Heisenberg y la teoría del caos, las leyes poseen probabilidad.

Irreversibilidad (Entropía): La ley de la entropía y la teoría del caos rechazan que existan procesos físicos irreversibles.

Rechazo del Conocimiento Objetivo: El conocimiento depende del observador.