Las cosmovisiones científicas

1- ¿Qué es una cosmovisión?

Una cosmovisión es toda interpretación de la realidad que constituya una forma coherente y sistemática de ver y comprender el mundo. Dicho de otra manera, es una visión, imagen, teoría o interpretación del cosmos, o lo que es lo mismo, del mundo, o sea que es un conjunto de principios y leyes relacionadas entre sí capaces de proporcionar una explicación o interpretación del mundo.

Una cosmovisión es científica, cuando esa explicación o interpretación es ofrecida por una teoría científica, que no se limita a cuestiones o problemas parciales, sino que tiene la pretensión de considerar el todo de los fenómenos científicos, en el grado y amplitud que en cada momento histórico es conocido.

En la formación de una cosmovisión científica, interviene las teorías propias de estas disciplinas científicas:

- La astronomía. Se ocupa de estudiar las posiciones de los astros y las leyes que rigen sus movimientos.

- La cosmología. Es la parte de la astronomía que trata sobre las leyes generales que explican el origen y desarrollo del universo.

- La física. Es una ciencia fundamental en toda comprensión del mundo, porque aporta las leyes que permiten explicar y predecir los movimientos y fuerzas que afectan a todos los cuerpos.

El carácter de la cosmovisión será distinto según la concepción de la ciencia que propone tal cosmovisión, realista, positivista o instrumentalista. Las distintas cosmovisiones científicas elaboradas a lo largo de la historia de la ciencia se han movido entre el realismo y el positivismo fundamentalmente

Además una cosmovisión científica se caracteriza por ser compatible con los fenómenos observado y conocidos; coherente, al no caer en ninguna contradicción flagrante; y razonable, justificada y plausible, de tal forma que es mayoritariamente aceptada.

Existen tres grandes tipos de cosmovisiones:

-Las cosmovisiones antiguas: incluyen todas aquellas explicaciones de la realidad que surgieron en Grecia en el siglo VI a.C. con los primeros pensadores naturalistas, los filósofos de Mileto.

-La cosmovisión moderna: es la imagen del mundo que se formó durante la Revolución Científica en los siglos XVI y XVII, con el trabajo de científicos como Galileo Galilei o Isaac Newton.

- La cosmovisión contemporánea: constituye la visión del mundo aceptada en la actualidad por la comunidad científica y que ha surgido a partir de dos nuevas ramas de la física: la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica.

2- Las cosmovisiones antiguas

Se dieron durante 22 siglos y fueron desarrolladas por Aristóteles y Ptolomeo. El modelo de cosmovisión que crearon estos dos filósofos es el Paradigma, es decir, el geocéntrico, en el que la tierra es el centro del universo.

Para explicar la tierra, los primeros filósofos griegos hacían referencia a unos principios y a la forma de ésta.

• Los principios de realidad se basan en que toda la diversidad de sustancias procede de las transformaciones de unos elementos. Los griegos buscan los elementos canónicos los cuales serán llamados arkhé, es decir, de donde procede la diversidad de sustancias, ya que los filósofos del Mileto consideran que las sustancias derivan de un principio único y natural. Según los primeros filósofos griegos, las sustancias proceden de cuatro elementos: agua, tierra, aire y fuego.

• En cuanto a la forma de la tierra se refiere, los primeros filósofos la situaban en el centro del universo, geocentrismo, la consideraban plana y rodeada por el océano. Más tarde, aparecieron escuelas que dedujeron la esfericidad de la Tierra, como los pitagóricos, que se basaban en las observaciones. Una de estas observaciones fue con un barco, al ver que desaparecía de tal manera que la tierra no podría ser plana como pensaban.

Para estos filósofos el universo tenía unas medidas limitadas las cuales eran las estrellas fijas, más allá de ellas consideraban que no había nada más. Los astros describían movimientos circulares, movimientos los cuales eran para los griegos la forma perfecta, ya que es un movimiento fijo y limitado.

• A ésta cosmovisión se le plantea el problema denominado “Problema de Platón”, el cual fue formulado por G. Holton, cuyo objetivo consiste en salvar las apariencias del retroceso que hacen los planetas alrededor de la Tierra.

• Para dar respuesta a este problema Eudoxo plantea el sistema de esferas homocéntricas. Este será utiliza por Aristóteles para explicar su teoría.

La estructura del universo

Según Aristóteles el cosmos se divide en un mundo sublunar y otro supralunar. La luna es la frontera entre la región sublunar y la supralunar.

• Las primeras cosmologías filosóficas.

• Los pitagóricos.

Crearon una cosmología acorde con sus creencias religiosas. Los cuerpos celestes, incluida la Tierra, son casi divinos, por lo que deben ser esféricos y sus órbitas circulares, ya que éstas son las formas más perfectas. El centro de sus órbitas es el centro del universo, lugar privilegiado ocupado por el fuego cósmico que da luz y calor al universo. Ya que el 10 es el número perfecto, debe haber exactamente diez órbitas alrededor del fuego cósmico: la más externa es la de la esfera de las estrellas fijas, que también es de fuego; luego vienen los 5 planetas, el Sol, la Luna, la Tierra y un décimo planeta causante de los eclipses, la anti-Tierra, que nunca vemos, al igual que el fuego cósmica, porque las zonas deshabitadas de la Tierra nunca miran en esa dirección. El movimiento de los astros a lo largo de estas órbitas genera una música perfectamente armoniosa.

Los componentes fundamentales de la realidad: Tales, Anaximandro y Anaxímenes, fueron los primeros en plantearse estas cuestiones. A continuación la escuela pitagórica, se preocuparon por la naturaleza y por los procesos de cambio, nacimiento, desarrollo y muerte. Creían que todas las cosas podían explicarse recurriendo a un principio único al que llamaron arjé una serie de procesos, desembocaba en la diversidad de la naturaleza. La escuela jónica se preocupó por la forma de la Tierra y por la estructura del cosmos. La escuela pitagórica, en la que destaca que la Tierra era esférica, cuestionó el geocentrismo.

• La doctrina de los cuatro elementos: Según esta doctrina, defendida, entre otros, por Empédocles, solo existen cuatro elementos,tierra, agua, fuego y aire,a partir de los cuales se origina la multiplicidad de objetos que se manifiesta en la naturaleza; la combinación de esos elementos en distintas proporciones hace que los objetos sean diferentes.

La astronomía griega: Los seres humanos han mostrado una predilección por estudiar atentamente el ciclo estrellado. De esta manera, se han descubierto regularidades en objetos que aparentemente manifestaban un comportamiento azaroso, o bien se han logrado realizar mediciones muy precisas. Pero los filósofos griegos no solo se dedicaron a acumular datos, sino que querían articularlos en una teoría coherente.

Los movimientos celestes que más les impresionaron fueron la rotación del cielo, el Sol y la Luna. Además de estos movimientos, se producían el ciclo de día-noche y el ciclo anual de la Tierra.

• La forma de la Tierra: Los primeros filósofos consideraron que la Tierra era plana, aunque acabó por imponerse la idea de que era esférica.

• El ciclo día-noche: Para explicar este ciclo diario se plantearon dos alternativas: o todo el cosmos daba vueltas alrededor de la Tierra o la tierra poseía un movimiento de rotación.

• El ciclo anual de la Tierra: Este ciclo podía explicarse suponiendo que la Tierra realizase un movimiento de traslación en torno al Sol.

Aristarco defendía una concepción heliocéntrica del universo según la cual el Sol se encuentra en el centro del cosmos y los demás astros daban vueltas a su alrededor. Pero en Grecia se da gran importancia a la percepción, por lo que la Tierra se movía, ¿por qué razón no se percibía el movimiento? Por ese motivo prevaleció la concepción geocéntrica.

Según Platón, todos los cuerpos celestes debían tener una forma esférica y moverse a una velocidad constante siguiendo trayectorias circulares. Esta afirmación se convirtió en una enseñanza que estuvo vigente hasta el s.XVII, Y por ello todos los astrónomos contrastaban sus estudios con la hipótesis del movimiento circular y uniforme.

Euxodo, concibió la posibilidad de que todos los astros se encontraran montados sobre esferas cristalinas para de este modo explicar por qué se mantienen en el cielo. Esta idea fue utilizada por gran número de astrónomos, cosa que hizo que en Gracia se impusiera la imagen del universo esférico y su límite lo constituía la esfera de las estrellas fijas, que debía hallarse cerca de la órbita de Saturno y en la que las estrellas se sostenían como si fueran clavos anclados en la pared.

• Los atomistas.

Fue un paso natural el que condujo desde el pluralismo hasta el atomismo, interpretación según la cual toda materia está compuesta por partículas diminutas e indivisibles que se diferencian sólo en simples propiedades físicas como el peso, el tamaño y la forma. Este paso se dio en el siglo IV a.C. con Leucipo y su colaborador más conocido, Demócrito de Abdera, a quien se le atribuye la primera formulación sistemática de una teoría atómica de la materia. Su concepción de la naturaleza fue materialista de un modo absoluto, y explicó todos los fenómenos naturales en términos de número, forma y tamaño de los átomos. Redujo las cualidades sensoriales de las cosas (como calor, frío, gusto y olor) a las diferencias cuantitativas de los átomos. Las formas más elevadas de existencia, como la vida de las plantas y animales e incluso la humana, fueron explicadas por Demócrito en términos físicos en sentido estricto. Aplicó su teoría a la psicología, la fisiología, la teoría del conocimiento (epistemología), la ética y la política, y presentó así el primer planteamiento amplio del materialismo determinista que afirma que todos los aspectos de la existencia están determinados de forma rígida por leyes físicas.

Para los atomistas, no sólo hay infinitos mundos sucesivos, sino también simultáneos, cada uno con su propia estructura. Los átomos se encuentran en un movimiento en línea recta uniforme en el vacío infinito, solo alterado por sus choques. Cuando en una región del espacio se junta una gran cantidad de átomos, originan un remolino que provoca la agregación de los átomos semejantes, dando lugar a los cuerpos que conocemos. Los átomos pesados se sitúan en el centro del remolino, y dan origen a la Tierra, que es plana. Los átomos ligeros son expulsados hacia fuera, de forma que se crea una membrana que delimita este mundo. Algunas agregaciones de átomos de la membrana llegan a inflamarse por la velocidad del movimiento, formando los cuerpos celestes.

Los atomistas sugieren, que los objetos y relaciones del mundo aparente son otras completamente distintas que las de la realidad. Para los atomistas lo único real era el movimiento de los átomos. Todo lo que nosotros percibimos es este movimiento. Los mismos átomos sólo poseen estas cualidades: indivisibilidad, impenetrabilidad, movimiento, tamaño, forma y propensión a combinarse, atribuyendo los distintos fenómenos a la colocación de estos átomos.

Los dos factores que jugaron en contra del atomismo como interpretación cosmológica eran por un lado el materialismo intransigente y por otro lado eran teorías imposibles de demostrar por lo que el racionalista griego no lo aceptó fácilmente.

• El problema de Platón y la solución de Eudoxo

En la concepción platónica, el Universo o Cielo es esférico, finito y excluye completamente el vacío. Lo considera dotado de rotación circular y privado de todos los demás tipos de movimiento y desplazamiento. La esfera exterior del Cielo está constituida por la esfera hiperuraniana, también dotada de movimiento circular, y donde las almas inmortales, cuando alcanzan la cima del Cielo en el fin de sus transmigraciones, se detienen y, permaneciendo firmes, son llevadas por la rotación en movimiento circular y ven todo lo que se halla más allá del Cielo. La Tierra también es esférica, está suspendida en el centro de dicha esfera celeste; no necesita de ninguna fuerza para no caer, debido al equilibrio e igualdad del Cielo consigo mismo en todas las partes.El Sol, la Luna, los planetas y la esfera hiperuraniana giran en torno a la Tierra describiendo órbitas circulares, uniformes y regulares.

El Universo fue creado por el Demiurgo, quien para dotarlo de Inteligencia compuso un alma dentro del cuerpo del mundo, fabricó el Universo con dicha alma, llamándola Alma del Mundo y que constituye el principio ordenador del Caos. El Demiurgo compuso el Universo con cuatro elementos: tierra, fuego, agua y el aire. A estos cuatro elementos les corresponden los cuatro cuerpos geométricos más simples.

La hipótesis más conocida de Eudoxo es la de las esferas homocéntricas, con las que intenta solucionar los problemas planteados por Platón, y que representan, el punto de partida de la astronomía tradicional. Eudoxo supuso que cada planeta estaba ligado a las esferas homocéntricas, es decir, que todas tenían el mismo centro: la Tierra; cuyos movimientos ordenados y regulares se combinaban para formar el movimiento de cada uno de los cuerpos celestes por separado. Así admitía tres esferas para el Sol y la Luna, y cuatro esferas para cada uno de los cinco planetas conocidos. No existía contacto entre la esfera exterior de un planeta y la interior del siguiente. Sin embargo, las esferas que ordenaban el movimiento de cada planeta actuaban en conjunto.

Para explicar las retrogradaciones de los planetas como combinación de movimientos circulares supone que la trayectoria de cada planeta está engendrada por un sistema de cuatro esferas. La más externa de las cuales gira sobre un eje orientado en la dirección del eje del mundo, en 24 horas; de esta forma logra explicar el movimiento diario de las estrellas. La segunda esfera gira con su eje inclinado 23,5 respecto al eje del mundo, de modo que su ecuador coincide con la eclíptica. Esta esfera da una vuelta en el tiempo que tarda el planeta en dar una vuelta completa al Zodíaco de manera que su movimiento explica el movimiento del planeta a través de la eclíptica. Las esferas tercera y cuarta, que son las más internas, tienen giros iguales y opuestos, y sirven para explicar los retrocesos y los bucles. La teoría de Eudoxo es la primera explicación plausible del movimiento planetario.

• El modelo de Ptolomeo

Ptolomeo afirma que el fin de su sistema no es descubrir la realidad: es solo un medio de cálculo. Es lógico que tomara el esquema positivista, ya que el almagesto se opone frontalmente a la física aristotélica.

Primeramente, las órbitas son un poco excéntricas. Solo así podía explicarse la diferenta de brillo de los planetas y el hecho de que el Sol al mediodía parezca mayor en invierno que en verano. Pero entonces, la Tierra no es el verdadero centro del cosmos.

En segundo lugar, la órbita del planeta no gira en torno a un punto excéntrico a la tierra, sino que describe un círculo (epiciclo) en torno a un punto imaginario, el cual, a su vez, engendra una nueva circunferencia (deferente) en trono al punto excéntrico.

Esto es lo que permite explicar los movimientos retrógrados, pero entonces los planetas no giran realmente en torno a la Tierra. Aún hubo que introducir, en algunos casos, otra modificación. La ciencia griega postulaba la uniformidad de los movimientos circulares, peo los planetas parecen ir a veces más deprisa. Por eso hubo que fingir un ecuante, es decir, un punto excéntrico al círculo deferente. El punto imaginario del que hablábamos antes gira uniformemente en torno a tal ecuante, pero en consecuencia, no lo hace entrono al punto excéntrico nombrado también anteriormente.

Sin embargo, el modelo se mantuvo porque:

1- Aceptaba la idea de una Tierra quieta y, más o menos, en el centro.

2- Empleaba exclusivamente movimientos circulares y uniformes.

3- Servía para predecir con bastante precisión los cambios celestes.

4- Era flexible: permitía correcciones según aumentaba la precisión de las observaciones.

El cuarto punto fue la causa del derrumbamiento de el modelo ptolemaico que en el siglo XV se utilizaban más de 80 movimientos simultáneos para dar razón de los siete cuerpos celestes.

La grandeza de Ptolomeo reside en que fue capaza de predecir gran número de fenómenos sirviéndose de las matemáticas, y su miseria en que no explicaba por qué se producían los movimientos. El sistema ptolemaico no posee realidad física; es un simple instrumento matemático adecuado para predecir fenómenos.

• La cosmología aristotélica

La física aristotélica es cualitativa y no cuantitativa. Lo que sucede en el mundo no puede ser matematizado porque es absolutamente heterogéneo: es el mundo de los cambios, del movimiento, de la diversidad, de los fines. La naturaleza se manifiesta como diversa y esto no es una apariencia, sino su intrínseca realidad.

Sin embargo, hay una región del cosmos que presenta tal armonía que no puede ser explicada de manera similar ha como se hizo con la naturaleza: el cielo. Es ésta una región del orden, donde suceden también cambios pero absolutamente predecibles, regulares, estables. El sol sale todos los días y los ciclos lunares se repiten incansablemente sin variación.

• El movimiento

El principio a partir del cual Aristóteles interpreta la realidad es la noción del universo como un todo organizado con un principio interno de movimiento, en el que cada parte tiene una función específica y tiende al buen funcionamiento de la totalidad.

Aristóteles afirma que cada elemento tiene un movimiento natural simple, en el que se refleja su naturaleza. Así, el movimiento natural solo puede darse si lo cuerpos tienden a algún lugar propio, pues es aquel movimiento iniciado por la naturaleza misma del cuerpo, de esto Aristóteles llega a las siguientes conclusiones:

- El universo es finito; si fuera infinito, no habría ningún punto destacado hacia el que un cuerpo dirigiera su movimiento. Al ser finito, tiene un lugar central y un extremo que lo delimita.

- El vacío no existe, pues un cuerpo en el vacío estaría aislado del resto del universo y no podría determinar la dirección en que se debe mover.

• Mundo sublunar y mundo supralunar.

- Mundo Sublunar o terrestre.

Es la región del cosmos que abarca aquella parte situada por debajo de la luna (sin incluir esta última): la región terrestre, nuestro mundo.

Lo que caracteriza a esta región es el cambio, tanto substancial como accidental. Continuamente nacen y perecen seres; otros modifican su tamaño, su peso, sus colores, su posición o alguna otra cualidad. No hay quietud. Es nuestro mundo móvil y heterogéneo.

Los movimientos característicos de los seres del mundo sublunar son finitos, es decir, tienen un principio y un fin, y rectilíneos, (ascendentes o descendentes). Todos los cuerpos que componen esta región están compuestos de cuatro elementos últimos que poseen distintas naturalezas y distintos lugares naturales a los que tienden para encontrar el reposo: La tierra es el elemento más pesado y tiende a ocupar su lugar natural, que es el centro de la tierra. A ésta le sigue el agua, que se sitúa inmediatamente por encima. Después se halla el aire y, por último, el fuego, que es el elemento más ligero y tiende una tendencia intrínseca a dirigirse hacia la periferia del mundo. Así, los movimientos que observamos en los distintos seres se deben a la tendencia de cada elemento que lo compone a ocupar su lugar natural.
Los movimientos no rectilíneos son siempre violentos o forzados por algo exterior al cuerpo que se mueve así. Es decir, suponen una violación del orden natural.

Además, todos los movimientos se realizan de acuerdo a un fin: el mantenimiento del orden del conjunto. Si el orden se altera, la naturaleza tiene los mecanismos adecuados para restablecer el orden necesario y justo.

La cosmología aristotélica es teleológica. El fin, telos, es inmanente a los cuerpos e intrínseco a la materia, ya que es la forma (morphé), la esencia o naturaleza de los compuestos hile mórficos, la que determina, como su causa, su comportamiento y desarrollo; su destino.

Dentro del conjunto total del cosmos, la tierra, ocupa el centro necesariamente. Al estar compuesta del elemento tierra en su mayor parte, tiene forzosamente que ocupar el centro del cosmos, su lugar natural. Por lo tanto estamos en una concepción geocéntrica del universo.

-Mundo supralunar o celeste.

Es la región que abarca la luna y todo lo que se halla más allá de ella: cinco planetas o "cuerpos errantes" (mercurio, Venus, Marte, Júpiter y saturno) , el sol y las estrellas.

Esta región es absolutamente diversa de la región terrestre: aquí impera el orden, la armonía, la regularidad. Y ello es así porque los cuerpos celestes no se componen de los cuatro elementos terrestres, sino de éter, que es un material sutil, óptimo, imponderable. Transparente. El éter o la quinta esencia es un elemento incorruptible y eterno que le otorga al cielo una homogeneidad y perfección que no poseen los cuerpos terrestres.

Los cuerpos celestes, compuestos de éter, no vagan por el espacio vacío, que es inexistente. Los planetas y las estrellas están sujetos a unas esferas de éter que son movidas por motores inmóviles, desplazando a los cuerpos que en ellas se encuentran.
Aristóteles no podía explicar los movimientos a distancia: la gravedad, así que tomó el modelo geométrico de Eudoxio de las esferas homocéntricas para construir su cosmología. El universo es esférico, finito, formado por esferas que se hallan unas dentro de otras, siendo la central la tierra y la última esfera o la que rodea a todas las demás, la esfera de las estrellas fijas.

El elemento éter que forma el mundo supralunar tiene un movimiento circular y uniforme. Lo etéreo no tiene nada que ver con el peso y su lugar natural es la equidistancia al centro del mundo. Solo se logra ésta con un movimiento circular uniforme, sin principio ni fin en torno al centro que es la tierra.

El cielo es el mundo del orden, de la estabilidad y del equilibrio frente al mundo terrestre de la diversidad y del cambio.

Era importante tener un conocimiento exacto y geométrico del cielo para poder elaborar calendarios lunares o solares y regular las actividades humanas como la agricultura y las fiestas religiosas. La tierra no podía ofrecer un punto de referencia estable y permanente. Fue el cielo ese asidero de regularidad y orden, la medida del tiempo y de los acontecimientos.

En relación con el movimiento de los cuerpos, Aristóteles dio por sentados unos principios que, aunque coinciden con el sentido común, resultaron ser falsos:

*Los cuerpos más pesados caen con mayor velocidad.

*Para que un cuerpo se mueva, necesita que actúe una fuerza.

• La continuidad del modelo en la Edad Media.

La teología cristiana siguió aceptando que la Tierra ocupa el centro del universo y el modelo de esferas concéntricas que la rodean, pero lo adaptó a su doctrina.

Algunas de las críticas más relevantes que se le hicieron al sistema por parte del cristianismo medieval fueron:

- Creación del universo. Se niega la eternidad del mundo, argumentando que de hecho no había sido convincentemente demostrada, por lo que se puede negar sin problemas a favor de la verdad revelada.

- Geocentrismo. Toda la realidad está subordinada a Dios, que la ha creado y la controla, pudiendo intervenir en cualquier momento y alterar el curso de los acontecimientos según su voluntad todopoderosa. Con respecto a las cosas materiales creadas, se acentúa el antropocentrismo: como el ser humano h sido creado a imagen y semejanza de Dios, toda la naturaleza está subordinada a los intereses humanos.

-La realidad no es totalmente comprensible. La mente humana no está capacitada para comprender los designios de Dios, ni por tanto lo que sucede. Por otra parte, todo el conocimiento que necesitamos adquirir está contenido en las Sagradas Escrituras; cualquier otro conocimiento que alcancemos solo se puede entender como confirmación y complemento de la verdad revelada.

• Las implicaciones filosóficas del modelo geocéntrico.

Las cosmovisiones del mundo son creada por el ser humano para el ser humano, con la finalidad de entender su entrono físico. Por lo que es muy normal que una cosmovisión tenga unas implicaciones que van más allá de lo científico, influyendo en la filosofía o en la religión, de la misma manera que una cosmovisión se vea influida por éstas.

-La realidad está perfectamente ordenada. Todas las cosas están integradas en la totalidad del universo, y cada parte tiene una función propia dentro del todo, así que no tiene sentido aislar una de ellas para estudiarla, ya que solo se puede comprender bien cada parte si se tiene en cuenta su relación con el todo.

-La realidad es totalmente comprensible. Utilizando la razón los humanos pueden comprender totalmente el funcionamiento del universo, ya que se basa en casualidades dispuestas en relación a un fin, que a su vez es comprensible gracias a la observación y a la reflexión.

-Los cielos son divinos e influyen en la Tierra. La cosmología aristotélica da una justificación a la dependencia de todo a la voluntad de Dios. También cabe señalar que esto mismo también podría dar una razón para la creencia en la astrología.

-La perspectiva con la que se estudia la realidad es antropocéntrica. El mundo se mira desde el punto de vista del ser humano, como si se hubiese hecho para él, la naturaleza se ajusta a la razón humana, que la entiende por completo. A esto sumamos que el ser humano representa el grado más alto en la escala de los seres vivos, digamos que sería lo más perfecto del mundo sublunar, aunque su imperfección sea reconocida frente a la perfección de los seres divinos del mundo supralunar.

-El sentido de la vida humana es el conocimiento. Según Aristóteles la finalidad del ser humano es la sabiduría o el conocimiento de la entidad más perfecta. Este hecho, el de tener un lugar y una misión totalmente definidos da al ser humano seguridad y confianza en si mismo.

3- La cosmovisión moderna.

La cosmovisión moderna se empezó a dar en el s.XVI, todo ello gracias a la contribución de un grupo de científicos y astrónomos que fueron los principales actores en la Revolución Científica y que pusieron las bases de la física clásica, que se caracterizó por tener en cuenta tango la experimentación como el formalismo matemático.

Una nueva física y una nueva visión del mundo que aparecen de manera paralela y con dependencia mutua, para reemplazar al antiguo cosmos griego que se había mantenido hasta ese momento como la única manera de entender el universo.

Este nuevo clima del Renacimiento hizo posible que muchos astrónomos y físicos se cuestionaran la cosmovisión que habían heredado y junto con ella sus dogmas.

• El giro copernicano

El mismo año de su muerte, Copérnico publicó La revolución de las orbes terrestres, un libro verdaderamente revolucionario que se puede considerar como el punto de partido de la ciencia moderna. Copérnico cambió aspectos decisivos de la teoría ptolemaica para dar una imagen más simple del universo y para que los datos empíricos pudieran acoplarse mejor a la teoría. El cambio más decisivo fue el de situar el Sol en el centro del cosmos en detrimento de La Tierra que pasaba a ser un planeta más, además atribuyó a esta última tres movimientos diferentes:

* Rotación. La tierra da vueltas sobre sí misma, lo que provoca el aparente movimiento diario de las estrellas y los planetas que, anteriormente, se había atribuido a la esfera de las estrellas fijas.

*Traslación. En el caso de la Tierra, tiene un período anual y se produce alrededor del sol. De esta manera, los cambios de brilla y los bucles que trazan los planetas pueden interpretarse como un efecto óptico producido por las diferentes distancias respecto al Sol en los distintos tramos del recorrido orbital.

*Declinación del eje terrestre. La tierra se mueve de forma parecida a una peonza que, a la misma vez que da vueltas sobre si misma, se inclina en distintas direcciones, cambiando la dirección de su eje de rotación. Este movimiento es sumamente lento, por lo que sólo puede apreciarse después de largos periodos temporales.

Además había otras razones para el cambio de centro: Copérnico necesitaba solo 34 círculos, frente a los 80 ptolemaicos. Epiciclos y deferentes seguían siendo usados, pero se evitaban los ecuantes, haciendo que las órbitas en torno al sol describieran círculos con movimiento uniforme.

Esta búsqueda de lo sencillo y armónico es lo que guía el pensamiento de Copérnico. Aunque resulte una paradoja, el pionero de la modernidad intenta con todos sus medios volver a la pureza griega.

Copérnico mira a dos mundos, por una parte, vuelve a Platón, viendo en las matemáticas la armonía del universo, donde todo está sopesado y equilibrado, por otra eleva el mundo sublunar a la categoría celeste, acercando así los dos mundos: Tierra y cielo, tan sutilmente diferenciados en el mundo griego. También la Tierra, su descripción y sus movimientos están desde ahora sometidos a las matemáticas. Este profundo cambio, esa unificación tiene una clara raíz cristiana. El mundo, creado por Dios, no admite distinciones ni escalas; todo en él es valioso. El universo es un mecanismo, transparente a la matemática.

• Las aportaciones de Tycho Brahe, Johannes Kepler y Galileo Galilei.

• Tycho Brahe

Tycho Brahe desempeñó un papel destacado gracias a las numerosas observaciones de incalculable valor científico que fue acumulando a lo largo de los años.

A pesar de ser contrario al heliocentrismo de Copérnico, sus precisas observaciones astronómicas, anteriores a la introducción del telescopio en la práctica astronómica, sirvieron para apoyar las tesis heliocéntricas. Esto se debe a que sus descubrimientos finalmente resultaron ser incompatibles con la creencia aristotélica en las esferas y en la inmutabilidad del cosmos.

Dichas observaciones hicieron posible acumular pruebas contra el sistema aristotélico del mundo; las más remarcables fueron las siguientes:

> Una supernova, con lo cual pudo refutar la idea de que el cielo estrellado era inmutable.

> Un cometa, del que pudo observar su órbita y calcular su distancia de la Tierra mediante el paralelaje. Esto le permitió saber que los cometas no podían ser fenómenos sublunares debidos a una llama de grasa seca, tal y como afirmaba Aristóteles. Al observar la órbita del cometa, también se fijó en que tenía que atravesar las supuestas esferas cristalinas, por lo que estas no podían existir.

En razón del paralelaje, Tycho Brahe acabó concluyendo que la Tierra no podía moverse, por lo que no aceptó el heliocentrismo propuesto por Copérnico. Tampoco podía aceptar el geocentrismo, ya que iba en contra de sus observaciones, por lo que finalmente propuso un sistema del mundo que no tuvo mucho éxito.

• Johannes Kepler

Johannes Kepler aceptó que el modelo copernicano heliocéntrico corresponde a la realidad por motivos religiosos. No obstante, al ver que no se ajustaba cuantitativamente a las precisas observaciones de Brahe, se propuso corregirlo. De esta manera, comenzó a buscar relaciones numéricas sencillas entre las observaciones, convencido de su existencia en el marco de una armonía cósmica de tipo pitagórico. El fruto de casi veinte años de trabajo fueron sus tres leyes:

Leyes de Kepler

* Las órbitas de los planetas son elipses uno de cuyos focos es el Sol. *La velocidad a la que los radios-vectores de los planetas barren áreas es constante. *El cubo de la distancia media de un planeta al Sol es proporcional al cuadrado de su período de revolución.

Al considerar las órbitas elípticas en vez de circulares, Kepler logró que el modelo de Copérnico se ajustara a las mediciones sin necesidad de epiciclos, esta causa hizo que se impusiera rápidamente en el cálculo astronómico. Esto implica una modificación muy importante en la cosmología aristotélica: quiere decir que sus leyes del movimiento no son válida, y además desparece la distinción entre mundo sublunar y mundo supralunar, produciéndose así una gran revolución en la forma de ver la realidad, un giro impactante por el heliocentrismo de Copérnico.

• Galileo Galilei

Galileo es una de las figuras clave para comprender el desarrollo de la física y de la astronomía. Fue el primer científico moderno, y esto se debe a que se valió de las matemáticas para exponer sus teorías y de la experimentación para sostenerlas sobre hechos concretos y probados. En astronomía, su aportación más importante fue la introducción del telescopio para observar y estudiar el cielo.

*El método resolutivo-compositivo.

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

La experiencia es una observación ingenua: pretende ser fiel a lo que aparece, a lo que se ve y toca. Pero introduce subrepticiamente creencias y modos de pensar críticamente asumidos, a través de la tradición y la educación.

El experimento es un proyecto matemático, que elige las características relevantes de un fenómeno y desecha las demás. El pitagorismo de Galileo le lleva a considerar esas cualidades no cuantificables como irreales, meramente subjetivas. Realmente solo existe aquello que puede ser objeto de medida.

Pasos del método experimental:

1) RESOLUCIÓN. A partir de la experiencia sensible, se resuelve o analiza lo dado, dejando solo las propiedades esenciales.

2) COMPOSICIÓN. Construcción o síntesis de una “suposición”, enlazando las diversas propiedades esenciales elegidas. De esta hipótesis se deducen después una serie de consecuencias que pueden ser objeto de:

3) RESOLUCIÓN EXPERIMENTAL. Puesta a prueba de los efectos deducidos de la hipótesis.

El mundo nuevo surge por la confianza absoluta en la razón proyectiva. La razón impone sus leyes a la experiencia, hasta el punto de que esta última se convierte en un mero índice de la potencia del intelecto. Es el inicio de la razón como factor de dominio del mundo.

Las observaciones con el telescopio fueron cruciales para superar definitivamente el aristotelismo vigente.

Galileo asentó los cimientos de la ciencia física y, más concretamente de la cinemática. Sus mayores logros fueron:

*Establecer el principio de inercia, según el cual un cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento uniforme ano ser que actúe alguna fuerza que le obligue a cambiar su estado. Lo primero que hace Galileo es dar una definición para cada tipo de movimiento, expresable matemáticamente, para incluir luego un conjunto de axiomas.

Así el movimiento uniforme es aquel en el cual las distancias recorridas por la partícula en movimiento durante cualesquiera intervalos iguales de tiempo son iguales entre sí.

La matematización de un movimiento tan sencillo como el uniforme supone, en realidad, un profundo esfuerzo de abstracción e idealización matemáticas; se desechan todas las cualidades no matematizables.

*La caída de los graves, sus experimentos sobre ello hicieron posible que Galileo demostrara que todos los cuerpos son atraídos por la misma fuerza, sin que influya la masa del cuerpo. “Se dice que un cuerpo está uniformemente acelerado cuando partiendo del reposo adquiere, durante intervalos iguales, incrementos iguales de velocidad”

• Implicaciones filosóficas en la obra de Giordano Bruno.

Fue reclamado por las tendencias filosóficas más diversas. Si a comienzos del siglo XIX ScheIling vio en él a un precursor del idealismo, un siglo después Ernst Bloch lo pondrá en la nómina del materialismo dialéctico. Interpretaciones correctas y no incompatibles, tanto la idealista como la materialista;

Junto a su filosofía teórica sobre el universo, el espacio, la materia, el entendimiento, Bruno desarrolló una peculiar filosofía práctica, a la que a veces denominó magia y en la que una y otra vez quiso sentar las bases de su religión del mundo y de la mente. Religiosidad audaz -antropomórfica y teomórfica a la vez- que pretende activar y orientar los progresos del espíritu gracias al poder mágico de las imágenes, los símbolos, los diagramas. Sin dejar de ser un trámite situado entre los sentidos y la razón, como quería Aristóteles y admite Bruno, la imaginación es, sobre todo, instrumento de deificación. La imaginación, "es la puerta y entrada principal para todas las acciones, pasiones y efectos que se encuentran en el animal; y la vinculación de aquella potencia más profunda que es la cogitativa".

Bruno atribuye a la Materia universal las virtualidades que los neoplatónicos atribuían al Alma e Inteligencia del Universo, de la misma manera asigna a las imágenes mentales una fuerza y dignidad ontológicas que parecían estarles reservadas a las Formas Ideales. Decir imaginación es, lo mismo que decir, vida y conocimiento. Visto en esta perspectiva, que no excluye sino que complementa la filosofía idealista de Schelling y la materialista de Bloch, Bruno sale al encuentro de nuestro tiempo en uno de sus rasgos más notorios: el interés que, desde hace más de un siglo, despierta todo lo relacionado con el psiquismo. Se le puede ver como precursor del análisis psicológico, en general, de las indagaciones de cuantos han tratado de desenterrar ese idioma del alma que consiste en imágenes mentales y en redes de itinerarios tras conscientes. Pero la importancia de la filosofía práctica de Bruno va más allá, para incidir en los ricos márgenes donde florecen la estética y la sociología, la religión y la epistemología.

• Las aportaciones de la física a la explicación del movimiento de los planetas: la cosmología newtoniana.

El objetivo de Newton era encontrar las leyes que regulan el movimiento de los planetas, y siguiendo este propósito realizó dos aportaciones fundamentales a la física.

*Newton formuló tres leyes para explicar el movimiento, las famosas leyes del movimiento precisan del carácter absoluto e infinito del espacio.

Leyes de Newton

> Principio de inercia: Toda partícula continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo mientras no actúe ninguna fuerza neta sobre ella. > Principio fundamental: La fuerza neta que actúa sobre una partícula es directamente proporcional a su aceleración y tiene su misma dirección y sentido: F=ma. La constante de proporcionalita, m, que sólo depende de la cantidad de materia de la partícula, se llama masa (inercial). > Principio de acción y reacción: Si una partícula ejerce una fuerza sobre otra, la segunda ejerce simultáneamente sobre la primera una fuerza de igual magnitud y dirección pero de sentido contrario.

* Newton aplicó sus tres leyes al estudio de los fenómenos naturales para elaborar su explicación de la realidad. Además fue un gran triunfo determinar que todos los cuerpos se ven afectados por la fuerza de la gravedad.

Ley newtoniana de la gravitación universal

> Todo par de partículas se atraen con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de su distancia y directamente proporcional al producto de sus masas (gravitatorias).

*Espacio y tiempo, por lo que respecta a ello, Newton las consideraba tan conocidas que únicamente se limitó a distinguir el espacio y el tiempo absoluto, verdadero y matemático del relativo, aparente y común.

> Absolutos: independientes de todo lo demás y entre sí. >Homogéneos: completamente iguales en todas sus partes o intervalos. >Continuos: se pueden considerar intervalos tan pequeños como se quiera, y podemos y pensar en puntos sin extensión e instantes sin duración en tanto que límites en intervalos. >Infinitos: el espacio tiene una extensión infinita, pues así lo exige el principio de inercia, aunque podría ser que no todo él contuviese materia; el tiempo no tiene principio ni fin, aunque la materia sí ha tenido un principio. >El espacio es inmutable, tridimensional e isótropo, y actúa como un receptáculo inerte de los cuerpos. Sus características hacen que Newton acabe identificándolo con Dios, diciendo que es su órgano sensorial. >Decimos que el tiempo es isótropo, ya que fluye al mismo ritmo y en el mismo sentido. Además, se supone implícitamente que no es cíclico, es decir, no llega un momento en que todo se vuelve a repetir.

* Las reglas del filosofar

La ciencia no comienza, pues, con un demostración matemática, sino con una construcción a partir de lo sensible. El método de la ciencia, afirma Newton frente al racionalismo continental, es la inducción.

Las reglas del filosofar de Newton han tenido mucha importancia en la historia de la ciencia moderna. La primera es el postulado de regularidad y simplicidad en la naturaleza. A la segunda cabría denominarla: ley de continuidad. Es la que permitiría a Newton derribar la distinción entre cielo y Tierra y entre diversas clases de elementos.

La tercera muestra el “principio de inducción”, paso de lo observable a lo inobservable. En esta tercera regla se abandonan, los aspectos metodológicos para mostrarnos la estructura de la materia. Se trata de un claro atomismo del que excluye explícitamente toda afirmación de vivacidad o actividad por parte de la materia. La atracción es extrínseca a los cuerpos.

Por última, la regla cuarta insiste en el carácter inductivo de ciencia y es la enemiga newtoniana contra las hipótesis.

• Las implicaciones filosóficas de la cosmología moderna.

-Mecanicismo. El éxito de la mecánica newtoniana en la explicación de los fenómenos físicos fundamentales tan diversos como el movimiento de los cuerpos del Sistema Solar, la caída de los cuerpos, las mareas… fue tal que se impuso como paradigma de explicación científica dando la base matemática que consagraba la nueva perspectiva de comprensión de la realidad: la idea del mundo como una gran perfección, comparable a un mecanismo de relojería.

-Determinismo. El universo es en teoría predecible; las leyes newtonianas determinan completamente su evolución, la cual se puede predecir dependiendo de los datos exactos que tengamos. Una predicción exacta no es posible en la práctica por el gran número de partículas involucradas, solo podemos dar una descripción aproximada de la realidad. Aunque todas las leyes de la naturaleza son deterministas y necesarias, en nuestro conocimiento y descripción de la naturaleza tenemos que usar también leyes estadísticas.

-Choque con las autoridades religiosas. La teoría heliocéntrica resulta incompatible con una interpretación literal de la Biblia.

Esto hizo que Galileo se enfrentara con las autoridades religiosas a causa de su modelo cosmológico, y Giordano Bruno fue condenado por hereje.

-Reducción del papel de Dios en la cosmología. La ciencia no niega la existencia de Dios, pero desvincula el estudio del universo del estudio de la existencia de la divinidad. Este paso se llevó a cabo con el paso del tiempo.

-Importancia de la naturaleza. La naturaleza pasa a ocupar una posición privilegiada dentro del conjunto de la realidad junto con Dios y el ser humano. Ésta evoluciona por si misma de manera autosuficiente, sin que tenga que haber una intervención divina. Además el ser humano hasta cierto punto depende de ella, ya que como mínimo está sometido a sus leyes físicas.

-Inseguridad. El ser humano ocupa un diminuto rincón en un universo que quizás sea infinito. Este universo no tiene una finalidad global evidente y no tiene por qué haber sido diseñado para favorecer al ser humano. La falta de una finalidad global causa en las personas una gran inseguridad.

-Poder de la razón. El ser humano se siente más poderoso por haber llegado a entender las leyes físicas. De esta manera, se piensa que el más alto destino humano es hacer uso de la razón, que se considera ilimitada.

4- La cosmovisión contemporánea

El concepto de materia parece haber perdido definitivamente algunas connotaciones que tenía en la anterior cosmovisión mecanicista. La materia no se considera ya pasiva e inerte, sino como algo que posee un dinamismo interno en todos los niveles naturales, no sólo en el ámbito biológico, sino también en el inorgánico.

La cosmovisión actual implica, pues, un proceso gigantesco de autoorganización en el cual han emergido muchas novedades que no pueden representarse como una mera suma de sus componentes. El universo está, por tanto, lleno de potencialidades no actualizadas, y cualquier nueva forma de integración de información puede provocar nuevos resultados.

La cosmovisión actual nos ofrece una nueva comprensión de los caminos seguidos por la evolución, ya que completa la explicación clásica de la evolución con la perspectiva de la autoorganización. La combinación de azar y necesidad, de variación y selección, junto con las potencialidades para la autoorganización, pueden ser contempladas fácilmente como el camino utilizado por Dios para producir el proceso de la evolución biológica.

A finales del s.XIX se llegó a pensar que no quedaba ningún fenómeno por explicar. Nadie podía creer que dos nuevas ramas de la física iban a revolucionar nuestro conocimiento de lo más pequeño, del microcosmos, y de lo más grande, del macrocosmos.

• Teoría atómica de la materia. John Dalton.

En 1809, John Dalton dio a conocer la primera Teoría Atómica. En ella describía en forma científica la constitución de la materia. Para Dalton, los átomos eran una esfera compacta y no contenían ninguna partícula en su interior.

La contribución más importante de Dalton a la ciencia fue su teoría de que la materia está compuesta por átomos de diferentes masas que se combinan en proporciones sencillas para formar compuestos. Publicó su obra Nuevo sistema de filosofía química, que incluía las masas atómicas de varios elementos conocidos en relación con la masa del hidrógeno. Sus masas no eran totalmente precisas pero constituyen la base de la clasificación periódica moderna de los elementos. Llegó a su teoría atómica a través del estudio de las propiedades físicas del aire atmosférico y de otros gases. En el curso de la investigación descubrió la ley conocida como “ley de Dalton de las presiones parciales”, según la cual, la presión ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de la presiones parciales que ejercería cada uno de los gases si él solo ocupara el volumen total de la mezcla.
Algunos de sus escritos los principales principios que reflejan las ideas fundamentales de su esquema conceptual.

a) La materia consta de átomos indivisibles. La materia, aunque divisible en un grado extremo, no es, sin embargo, infinitamente divisible. Esto es, debe haber un punto, más allá del cual no podemos ir en la división de la materia. La existencia de estas últimas partículas de la materia no puede apenas ponerse en duda, aunque probablemente sean tan sumamente pequeñas que no puedan apreciarse ni aun con dispositivos microscópicos.

b) Los átomos son invariables. Los átomos de los diferentes elementos nunca pueden transformarse los unos en los otros por ninguna potencia que podamos controlar, tal como el fallo que la alquimia había manifestado claramente. Ensayos continuos habían demostrado que la transmutación de elementos era imposible obtenido de un modo semejante a la deducción de un postulado de impotencia la ley de conservación de la energía a partir del fracaso de la obtención del móvil perpetuo.
c) Los compuestos están formados por moléculas. Los compuestos químicos están formados por la combinación de átomos de dos o más elementos en átomos compuestos, o moléculas que es como ahora llamamos a las partículas más pequeñas de un compuesto.

En el S.XIX se impuso la idea de que el calor es la energía cinética total de las moléculas que componen un cuerpo. Este cambio se asoció a un nuevo modelo, los gases están formados por moléculas esféricas elásticas, es decir, que no pierden energía al chocar, separadas por espacio vacío, moviéndose libremente a distintas velocidades y en línea recta hasta que chocan entre sí o con algún obstáculo. Así, se pasa del universo como un mecanismo de relojería al universo como un juego de bolas de billar: es el punto de mayor actividad de la concepción mecanicista de la realidad.

Esta teoría no es correcta, tanto que a principios del siglo XX se modificó bastante esta teoría, ya que se determinó que en el interior de los átomos hay partículas, que le dan a éste una estructura interna, además también se concluyó que los átomos podían ser divisibles.

• Energía y termodinámica.

Se pensaba que los átomos de materia no tenían vida, por lo que para explicar la actividad de la que da muestra la materia en los procesos naturales se tuvo que introducir un nuevo concepto, que de forma general da la siguiente definición a la energía: capacidad de realizar un trabajo, de aplicar una fuerza que cause un desplazamiento.

Ya que la capacidad de realizar un trabajo puede originarse por distintos motivos, distinguimos diferentes formas de energía, que pueden transformarse unas en otras, debido a que siempre que se hace un trabajo sobre un cuerpo, por cualquier forma de energía se le imprime energía de algún tipo.

Formas de energía

>Energía cinética. Es la que tiene un cuerpo por estar en movimiento. Es proporcional a su masa y al cuadrado de su velocidad. >Energía potencial. Es la que tiene un cuerpo por encontrarse en un campo de fuerzas que le afecta. Hay varios tipos de energía potencia, según la naturaleza del campo: gravitatoria, eléctrica, magnética, nuclear…etc >Energía calorífica. Esta energía sólo es convertible entrabado aprovechando el flujo que se produce espontáneamente entre dos cuerpos a diferente temperatura, del más caliente al más frío. Y en este proceso no es posible aprovechar toda la energía para realizar trabajo útil, pues se pierde una parte en la igualación de temperatura del sistema con el entorno. Así, en los procesos en los que interviene la energía calorífica, una parte de la energía se hace irrecuperable. La entropía es la magnitud que indica la cantidad de energía no aprovechable de un sistema o grado de desorden del sistema.

Las distintas formas de energía pueden mutarse unas en otras, ya que siempre que se le aplica una fuerza a un cuerpo, se le da algún tipo de energía. La energía termodinámica, que es la que se preocupa por el estudio del flujo y las transformaciones de la energía, experimentalmente tiene 2 principios de aplicación aparentemente universal:

- Principio de conservación de la energía: Es un sistema aislado, la energía total permanece constante.

- Principio de la disipación de la energía: Es un sistema aislado, la entropía tiende a aumentar.

Si tenemos en cuenta que estos principios son siempre válidos, podemos hacer uso de ellos para referirnos al universo, ya que es un sistema aislado. El principio de conservación de la energía nos cuenta que la energía total del universo es constante, por lo que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma, y el segundo principio dice que cada vez hay más en forma de calor irrecuperable. Por esto el universo está yendo irremediablemente hacia una muerte térmica, estado en el que toda la energía estará en forma de calor inútil, ya que todos los cuerpos tendrían la misma temperatura, así que ya no se produciría ningún proceso natural. De esta forma vemos que la “maquinaria” del universo no es tan perfecta como en un principio se pensaba.

El paso del tiempo refleja la diferencia entre pasado y futuro: los procesos en los que la entropía cambia son irreversible, dándose siempre en la dirección en que la entropía aumenta.

Esto quiere decir que las leyes de Newton no son suficientes para describir el universo en su totalidad a nivel microscópico, pues tal y como se descubrió, todo sistema mecánico finito sujeto únicamente a las leyes de Newton es cíclico, de manera que antes o después se repetirá el estado del sistema muy cercano al inicial, lo que no es compatible con el segundo principio.

• Las partículas subatómicas.

Se dieron dos hechos al finalizar el siglo XIX y a comienzos del XX que hicieron modificar la teoría atómica:

* Se tuvo constancia de que la electricidad no es un fluido continuo, sino que es transportada por otras partículas más pequeñas que los átomos, a las que se denominó electrones, que estaban de alguna forma en los átomos. * Se descubrió la radioactividad, fenómeno por el que ciertos elementos, llamados radiactivos, se desintegran espontáneamente en otros emitiendo rayos gamma y partículas de menor tamaño que los átomos. La desintegración de un átomo es espontánea, y no está avalada por ninguna causa exterior; es una cuestión de probabilidad, de ley estadística. De esta manera se incumple el principio de causalidad y al final viene a verse que la naturaleza no está determinada. Claro que este indeterminismo se limita a los procesos subatómicos.

Estos hechos daban a ver que los átomos no son indivisibles, sino que tienen una estructura interna.

Rutherford descubre el núcleo atómico. Había observado al bombardear una fina lámina de mica con partículas alfa, que se obtenía una deflexión de dichas partículas. Al retomar Geiger y Marsden de modo más concienzudo estos experimentos y utilizando una lámina de oro, se dieron cuenta de que algunas partículas alfa se desviaban más de 90 grados. Rutherford lanzó entonces la hipótesis, que Geiger y Marsden enfrentaron a las conclusiones de su experimento, de que en el centro del átomo debía haber un "núcleo" que contuviera casi toda la masa y toda la carga positiva del átomo, y que de hecho los electrones debían determinar el tamaño del átomo. Se le objetaba que en ese caso los electrones tendrían que irradiar girando alrededor del núcleo central y, en consecuencia, caer. Los resultados de Rutherford demostraron que ese era sin dudar el modelo bueno, puesto que permitía prever con exactitud la tasa de difusión de las partículas alfa en función del ángulo de difusión y del tamaño del átomo. Las últimas objeciones teóricas se desvanecieron con los principios de la teoría cuántica, y la adaptación que hizo Niels Bohr del modelo de Rutherford a la teoría de Max Planck, lo que sirvió para demostrar la estabilidad del átomo de Rutherford.

Niels Bohr propone un nuevo modelo atómico. Bohr propuso un modelo atómico con los electrones distribuidos en niveles de energía discontinuos. Los electrones se mueven alrededor de un núcleo en órbitas cerradas, pero con la diferencia de que en cada tipo de átomo sólo se permitían determinadas órbitas, las llamadas estables. El electrón no emite radiación mientras se mantiene en una órbita estable, sólo al saltar de una a otra. Durante este proceso se emite una cantidad de energía similar a la diferencia de energía entre las órbitas.

Einstein. Llegó a la conclusión de que un número fijo de estos saltos son espontáneos, como en la desintegración radiactiva, independientemente de los eventuales saltos provocados por motivos externos.

• La física cuántica: el indeterminismo

Después de la mecánica relativista de Einstein todavía quedaban en pie dos conceptos fundamentales en la interpretación del universo: El determinismo y el “principio de continuidad”. La nueva mecánica cuántica va a terminar con la hegemonía de estos dos conceptos.

>El problema de la radiación del “cuerpo negro”

Esta cuestión se plantea dentro de la termodinámica. Ya se sabía que el calor es una forma de energía; en este momento se trata de encontrar las leyes que regulan la emisión de energía y temperatura por los cuerpos. Los cuerpos calientes emiten luz y calor. Entre los distintos cuerpos emisores, los ideales son los “cuerpos negros”, llamados de esta manera por ser capaces de irradiar y absorber totalmente la luz sin reflejarla.

Según la concepción clásica, esta emisión es continua: cumple el “principio de continuidad de la naturaleza”.

Max Planck propuso la hipótesis de que esta emisión no sigue un proceso continuo, sino discontinuo, a saltos. La materia emite y absorbe energía en “paquetes energéticos” discontinuos, a los que Planck llamo cuantos. Cuantos quiere decir, cantidad de energía indivisible infinitamente. De este modo, estableció una nueva constante física, junto a la de gravitación y a la de la velocidad de la luz, a saber, la constante de Planck o cuanto de reacción.

Poco después, Einstein identificaba los cuantos de la luz, a lo que llamó fotones. Por otra parte, Louis de Broglie propuso que no sólo los fotones, sino también los electrones se comportan como partículas y como ondas. Experimentos posteriores demostraron que, de hecho, todas las partículas materiales presentan un comportamiento ondulatorio.

• Dualidad onda-partícula

Einstein extendió la idea de los cuantos para explicar el efecto fotoeléctrico: no sólo se emite y absorbe la energía electromagnética en cuantos, que desde entonces se llaman fotones, sino que éstos permanecen intactos durante la propagación de la energía, en lugar de expandirse para forma una superficie continua de propagación. Sin embarga, dado que en los fenómenos habituales hay una gran cantidad de fotones y éstos están igualmente distribuidos, parece que haya un frete de onda continuo.

Los fotones no son corpúsculos de luz o partículas, sino “paquetes” de radiación, sin nada material que les sirva de soporte. De esta manera, aparecían dos teorías de la naturaleza de la luz, la ondulatoria y la del fotón, y cada cual explicaba el comportamiento de la luz con experimentos que la otra no podía explicar.

Max Born dio como respuesta a qué es realmente al luz diciendo que “las descripciones corpuscular y ondulatoria han de considerarse solamente como modos complementarios de imaginar un único proceso objetivo” pues “está más allá de nuestro poder el probar que sean realmente corpúsculos u ondas con lo que estamos tratando”. De esta manera manifestaba un problema filosófico: no podemos acceder a la verdadera realidad, aunque en un principio no se dudaba de la existencia de esa verdadera realidad, es decir, de la objetividad del mundo. Poco después, se pondría en duda incluso esta última idea.

Louis de Broglie propuso que no sólo con fotones, sino también los electrones se comportan como partículas y como ondas. En el átomo, los electrones son ondas estacionarias alrededor del núcleo, de manera que sólo son posibles las órbitas cuya energía corresponde a una longitud de onda contenida en número entero de veces en la órbita. Experimentos posteriores demostraron que, de hecho, todas las partículas materiales presentan un comportamiento ondulatorio.

El panorama que daba el mundo atómico es totalmente distinto al del mundo del día a día descrito por la física clásica: los procesos aparentemente continuos se producen de forma discontinua, las entidades subatómicas se comportan unas veces como ondas y otras como partículas, algunos fenómenos parecen producirse espontáneamente. Para explicar esto hechos se elaboraron dos teorías alternativas. Resultaron matemáticamente equivalentes, por lo que se las considera dos formulaciones de una misma teoría física, la mecánica cuántica:

> La mecánica matricial de Heisenberg: partiendo de que los procesos físicos son discontinuos y destacando el comportamiento corpuscular de la materia, asocia a cada cantidad física observable un operador, concretamente una matriz, que permite determinar los estados observables permitidos del sistema.

> La mecánica ondulatoria de Schrödinger: suponiendo que los procesos físicos son continuos y destacando el comportamiento ondulatorio de la materia, describe el estado de un sistema mediante una función que depende de la posición y del tiempo y que evoluciona de manera continua y totalmente determinada por la ecuación de Schrödinger.

Como son equivalentes, en la descripción de los procesos físicos se mezclan partes de las dos. De esta forma el estado de un sistema siempre se representa mediante una función de onda.

La mecánica cuántica solo proporciona leyes estadísticas, de manera que no puede predecir con exactitud el resultado de una observación futura, sino sólo calcular las probabilidades asociadas a cada posibilidad.

• Principio de incertidumbre y sus interpretaciones.

• Principio de incertidumbre

Cada vez se plantea con más urgencia la cuestión de la validez de los conceptos de la física clásica para describir los fenómenos cuánticos, y la independencia del observador con respecto al fenómeno observado. En este universo subatómico, la actuación del observador interfiere y modifica el fenómeno observado. Así las propiedades observables en el fenómeno no pueden ser atribuibles al fenómeno, como si fueran exclusivamente suyas. El carácter realista de la ciencia que sostenía la física clásica, y aun el mismo Einstein.

Además sumamos que ni siquiera se puede hablar de que los fenómenos observados tengan una individualidad: se trata de probabilidades.

El “principio de indeterminación o de incertidumbre” se refiere, a la imposibilidad de determinar a la vez la posición de una partícula y su movimiento. La iluminación de cualquier objeto con fines de observación dispersa necesariamente sus electrones, ya que la luz con que se observa está compuesta de fotones que presionan sobre los átomos observados. El principio de indeterminación expresa que cuanto más claramente queda especificada la posición de una partícula, menos claramente puede fijarse su cantidad de movimiento, y a la inversa.

El “principio de indeterminación” plantea una cuestión de especial interés con respecto a la estructura de la materia: si la indeterminación tiene solo un sentido epistemológico, se debe solo al condicionamiento de la observación y la interferencia del observador en el fenómeno, o si, por el contrario, la indeterminación lo es de la manera misma según su propia constitución, es decir, si la indeterminación es ontológica. Sea lo que sea, el caso es que el último carácter de la mecánica clásica, el determinismo, cae, y se pasa aun universo in determinista o probabilístico.

• Interpretaciones del principio de incertidumbre.

Surgieron dos interpretaciones contrapuestas: la realista, formulada por los partidarios de la continuidad de los procesos físicos, más conservadores científicamente, como Einstein, Schrödinger y de Broglie; y la conocida como la interpretación de Copenhague, formulada por los partidarios de la discontinuidad de la naturaleza, como Bohr, Heisenberg y Born.

En 1927 se impuso la interpretación de Copenhague, que es la que actualmente está aceptada por la comunidad científica. Sus puntos fundamentales son los citados a continuación:

Imposibilidad de separación de sujeto-objeto. Para observar algo hay que interaccionar con ello. Cuando lo observado es de un tamaño suficientemente pequeño, esta interacción condiciona el resultado del experimento, esta interacción es imposible de suprimir, incluso en principio. Instrumentalismo. Hay que reconocer que la realidad física es el conjunto de propiedades observables experimentalmente. En particular, es discontinua. Esta perspectiva se opone tanto al realismo como al idealismo y se relaciona con el positivismo, según el cual hay que rechazar el uso de entidades metafísicas, es decir, no observables directa o indirectamente, en la explicación de la realidad. Completitiud. La descripción del mundo ofrecida por la mecánica cuántica es completa, es decir, no se puede obtener una teoría que ofrezca una explicación mejor. Indeterminismo. La indeterminación en nuestra predicción de los acontecimientos observable es inherente a la realidad física, que permanece en un estado de indeterminación, encontrándose en todos los estados posibles a la vez, hasta que nuestra observación la obliga a determinarse, adoptando uno u otro de dichos estados. Ruptura de la causalidad. Como la determinación a que se fuerza a la naturaleza al observarla obedece exclusivamente a una ley estadística, no podemos aspirar a encontrar una relación causal entre dos observaciones sucesivas de un mismo sistema, pues a iguales causas corresponden distintos efectos. De hecho, ni siquiera podemos estar seguros de estar observando una misma partícula al hacer dos observaciones distintas, de manera que la idea de individualidad o identidad no se aplica a las partículas concretas, sino a las especies de partículas. Complementariedad. La indeterminación intrínseca de la realidad física permite explicaciones incompatibles entre sí para un mismo sistema, pues observaciones distintas pueden provocar diferentes comportamientos, como en la dualidad onda-partícula.

La interpretación realista, mantenía que existe una realidad objetiva detrás de nuestros experimentos, realidad que se puede explicar en los términos clásicos de causalidad y espacio-tiempo. Por ello la mecánica cuántica es incompleta: se puede separar del objeto la influencia del sujeto al observar, de manera que el indeterminismo no es inherente a la realidad, sino un defecto de la teoría que la describe.

• La teoría de la relatividad.

>El problema de la luz y del éter.

Newton consideraba que la estructura de la luz era de naturaleza corpuscular y discontinua. Esta teoría no explicaba ciertos fenómenos de la luz, de ahí que el holandés Huygens propusiera una teoría alternativa: la luz estaría compuesta de pequeñas ondas de diferente longitud, propagándose transversalmente.

Si la luz era una oscilación, tenía que tratarse de la oscilación de un medio, pues es impensable una oscilación sin algo que se agite. Así que de nuevo se recurría a la hipótesis del éter. Y aunque la realidad el éter presentaba caracteres contradictorios, se mantuvo como hipótesis durante todo el siglo XIX, pues desde su existencia se explicaban suficientemente los fenómenos de la electricidad y el magnetismo: de ello se encargó una nueva ciencia, el electromagnetismo, cuya sistematización realizó Maxwell.

Los problemas que planteaba el éter llevaron a intentar constatar su presencia. Michelson, lo intentó en un famoso experimento en el que, suponiendo que el éter podía identificarse con el espacio absoluto e inmóvil de Newton, y tratando de medir el movimiento absoluto de la Tierra proyectando dos rayos luminosos, de modo que fuesen reflejados hacia el punto de partida, se probaría la existencia del éter si el tiempo que la luz tardara en volver fuese diferente en uy y otro raya, a causa de la resistencia ofrecida por el éter y contando con el camino recorrido por la Tierra. Pero el resultado del experimento produjo algo raro, por no decir perplejidad, ya que en todos los casos el tiempo era el mismo.

Albert Einstein publicó lo que llamó “una teoría simple y coherente de la electrodinámica de los cuerpos móviles basada en la teoría de Maxwell para cuerpos estacionarios” considerando sólo sistemas de referencia inerciales. Se llama teoría especial de la relatividad, para distinguirla de la teoría general de la relatividad que formuló más tarde, en la que ampliaba la anterior a sistemas de referencia rotatorios y acelerados.

• Relatividad especial.

Fenómenos inexplicados desde una teoría hacen necesaria una revolución científica, un cambio en las bases mismas de interpretación de la realidad física. Einstein abrió un mundo nuevo en el que las teorías e hipótesis proliferan, como también las doctrinas filosóficas que intentan dar razón de la nueva ciencia.

Estas son algunas tesis fundamentales de la teoría especial de la relatividad:

1) la velocidad de la luz no depende ni de la velocidad de la fuente luminosa ni de la velocidad del observador. Su valor en el vacío es constante: 299.792.5 km/s

2) No existe un éter portador de ondas electromagnéticas ni de fuerzas gravitatorias. En consecuencia, no hay un sistema de coordenadas absoluto para los fenómenos del movimiento.

3) La transformación de Galileo no es válida, debiendo ser sustituida por la de Lorente: el resultado de una medición depende del estado de movimiento del observador.

Einstein acepta la contradicción de Fitzgerald y el aumento de masa con la velocidad, postulado por Lorente. Pero el significado es radicalmente distinto.

Einstein salva los esquemas positivista y realista para introducir lo que podemos llamar esquema operacionalista: la definición de un fenómeno físico viene dad paro el conjunto de operaciones realizadas en la medida.

4) El gran ausente de la física clásica es el concepto de tiempo, que va a tener ahora un papel muy importante. En efecto, de acuerdo con la fórmula de Lorente, el tiempo medido depende de la velocidad del sistema, de la trayectoria y de la velocidad de la luz.

Esto quiere decir que coexiste un tiempo único, sino dependiente de la velocidad del sistema en que tiene lugar la medición. En un móvil, el tiempo transcurre más lentamente para el observador según aumenta su velocidad, hasta llegar a ser de valor nulo al alcanzar la velocidad de la luz. El tiempo depende también de un eje espacial.

Tiempo y espacio forman un continuo tetradimensional inextricable: los conceptos de reposo y movimiento dejan de ser antitéticos. La hipótesis heliocéntrica de Copérnico, deja aquí de tener sentido.

5) Cabe señalar otro punto importante en la teoría de Einstein: la conversión de la masa en energía, lo que conlleva la caída del “principio de conservación de la masa” abriendo las puertas a la física y a la bomba atómica.

La ecuación de Einstein (E=mc²), que ha revolucionado la física, afirma la conversión de la materia en energía cuando aquella se mueve al cuadrado de la velocidad de la luz. Surge un nuevo “principio de conservación: el de la masa-energía.” Ahora cabe afirmar que el movimiento no es una cualidad extrínseca de los cuerpos, sino su esencia misma. Este movimiento no describe desplazamientos de masa inertes en un espacio infinito: las masas configuran el espacio.

• Relatividad General.

Albert Einstein trabajó durante casi una década en ampliar los alcances de su teoría especial de la relatividad. Tal como estaba formulada originalmente se aplicaba tan sólo a sistemas en movimiento uniforme, con un movimiento relativo los unos con respecto a los otros en línea recta y a velocidades constantes. Einstein deseaba generalizar la teoría para incluir el movimiento no uniforme, ampliando las leyes de la física de modo que fueran las mismas para todos los sistemas, tanto acelerados como uniformes. Para hacer esto tenía que examinar la relación entre la aceleración producida por la gravedad y la generada por otras fuerzas. Empezó con un experimento de pensamiento.

En su imaginativa mente, Einstein elaboró una reflexión pensando en «un cajón espacioso parecido a una habitación» que transitaba por el espacio a velocidad constante, lejos de cualquier estrella o planeta. Einstein llegó a la conclusión de que gravedad y aceleración son equivalentes.

Esta conclusión, a la cual se le conoce como principio de equivalencia, apareció por primera vez en un ensayo que publicó en 1911, y era la premisa fundamental de la teoría de la relatividad general. Einstein desarrolló descripciones matemáticas de la interacción entre materia, radiación y fuerzas gravitatorias. En contraste con los cálculos que había usado para apoyar la relatividad especial, estas ecuaciones de campo de la relatividad general eran complejas, y tensaron sus capacidades matemáticas hasta casi el punto de ruptura.

Se trata de una teoría puramente matemática, en la que la fuera de gravedad, se sustituye por la idea de campo gravitatorio: la materia deforma la geometría del espacio que la rodia, lo que influye sobre los cuerpos que se encuentran en él. Esta deformación determina el movimiento natural de los objetos y de la luz, pues estos tienden a moverse según las líneas de mínima distancia, y en esto consiste la atracción gravitatoria.

De esta manera la estructura del espacio-tiempo depende de la distribución de la masa, el espacio está más curvado y el tiempo transcurre más lentamente.

Esta teoría ha revolucionado los modelos cosmológicos sobre la estructura, el origen y el destino del universo. Las ecuaciones de campo de la relatividad general son compatibles con modelos cosmológicos en expansión o contradicción con curvatura constante. También se ha descubierto que las galaxias más lejanas se apartan de nosotros a una velocidad proporcional a la distancia que nos separa de ellas, lo que se interpreta como una prueba de la posible expansión que está sufriendo el espacio.

• La teoría del Big Bang

La teoría del Big Bang o gran explosión, supone que, hace entre 12.000 y 15.000 millones de años, toda la materia del Universo estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, y explotó. La materia salió impulsada

con gran energía en muchas direcciones.

Los choques y un cierto desorden hicieron que la materia se agrupara y se concentrase más en algunos lugares del espacio, y se formaron las primeras estrellas y las primeras galaxias. Desde entonces, el Universo continúa en constante movimiento y evolución.

Esta teoría se basa en observaciones rigurosas y es matemáticamente correcta desde un instante después de la explosión, pero no tiene una explicación para el momento cero del origen del Universo, llamado "singularidad". Además ha quedado confirmada al detectarse desde la Tierra las huellas que habría dejado esta explosión inicial, en forma de radiación de fondo.

Se sabe que el universo está todavía en movimiento pero de una forma más ralentizada, pero no se sabe si esta ralentización es suficiente para que se detenga la expansión, esto depende de si la densidad de materia es mayor o menor que cierta densidad crítica:

• Si la densidad es mayor que la crítica, el espacio tiene curvatura positiva: es cerrado, finito pero ilimitado. En este caso, la atracción gravitatoria será suficiente para detener la expansión y originará una ulterior contracción que conducirá a un nuevo Big Bang, y así sucesivamente.

• Si la densidad es menor o igual que la crítica, el espacio tiene curvatura negativa o cero: es abierto, infinito. En este caso, la expansión continuará indefinidamente y el universo “morirá” pro enfriamiento al dispersarse la materia y la energía por un espacio cada vez más grande.

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