Historia De La Fisica

Historia de la física La física es la rama del conocimiento humano que se ocupa de estudiar los componentes del universo -a niveles tanto macroscópicos como microscópicos- y la manera de interactuar entre sí. Lo que se pretende en este artículo es realizar un recorrido bastante rápido y sencillo por la historia de la física, desde sus principios, cuando el hombre empezó a intentar explicar ciertos fenómenos sin buscar respuestas en un dios o ser superior, hasta la actualidad, con los límites del universo situados en sus gigantescas dimensiones y, sobre todo, en los agujeros negros. La concepción del universo por el ser humano ha cambiado bastante desde los tiempos del imperio romano, cuando se creía que el mundo era plano, hasta la actualidad, en la que manejamos con familiaridad conceptos mucho más complejos, aunque en ocasiones vacíos de significado para nosotros: la cuarta dimensión, los agujeros negros y la teoría de la relatividad. En este viaje a través de la física intentaremos desprendernos de toda matemática, yendo a la raíz del concepto y a la explicación lógica, nunca pretendiendo calcularlo; de modo que, al final, por ejemplo, nadie habrá aprendido a calcular la fuerza con la que un agujero negro nos engulliría a cierta distancia, pero sí lo que es un agujero negro en sí. Además veremos cómo la ciencia ha afectado a lo largo de la historia a la sociedad y a las creencias. Cada capítulo irá acompañado de la biografía de un científico importante que ayudará sin duda. Para éste primero he escogido a Galileo Galilei como padre de la física.

La física en la antigüedad Recuerdo haber visto un libro de catecismo de la década de los noventa que realizaba una enseñanza confusa y poco acertada:

mediante un breve texto y una ilustración sencilla explicaba cómo el hombre habitaba una superficie plana, delimitada por los bordes del fin del mundo –suponemos que uno de ellos podría ser el océano atlántico-, situada sobre el terrorífico y hoy día negado infierno y sobre la que se apoyaban las columnas que sostenían sobre nuestras cabezas la bóveda estrellada del cielo. Una idea así debían tener nuestros antepasados de hace unos tres mil años. La primera actividad del hombre englobable dentro de la física fue mirar al cielo. Las grandes civilizaciones de la antigüedad (chinos, babilonios, egipcios) estudiaron los astros llegando incluso a predecir eclipses pero sin éxito a la hora de explicar los movimientos planetarios. En éste punto de inflexión del conocimiento humano, antes de hacerse –y responder- ciertas preguntas sobre la naturaleza, el cielo era un misterioso techo plano en el que unas luces lejanas brillaban por alguna causa más mística que astronómica. Unos cuatrocientos años antes del nacimiento de Cristo los griegos ya empezaban a desarrollar teorías, aún inexactas pero no del todo equivocadas, sobre la composición del universo. Leucipo concebía el atomismo más tarde desarrollado por Demócrito, que afirmaba que todo estaba formado por microscópicas partículas llamadas átomos, y que contradecía a la Teoría de los elementos, del siglo anterior. Durante el periodo helenístico, Alejandría se convirtió en el núcleo científico de occidente. Desde Sicilia, Arquímedes, entre otros inventos como el tornillo infinito o la polea, descubría las leyes de la palanca y de la hidrostática, principio el de ésta última que llevaría su nombre y que enunciaba que “todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado”, razón por la cual se puede explicar que flote un barco o vuele un globo aerostático. En la astronomía también se realizaron grandes descubrimientos: Aristarco de Samo desarrolló un método para medir las distancias relativas entre la tierra y el sol y la tierra y la luna, inútil finalmente por falta de medios aunque bien encaminado, y también, según se cree a través de los

escritos de Arquímedes, fue el primero en afirmar que la tierra gira alrededor del sol; Eratóstenes midió la circunferencia de la tierra y elaboró un catálogo de estrellas; Hiparlo de Nicea descubrió la sucesión de equinoccios; y Tolomeo, ya en el s. II d.C., elaboró su sistema para explicar el movimiento de los planetas, en el que la Tierra permanecía en el centro de las órbitas circulares del resto de astros. La Física en la Edad Media y los siglos XV, XVI y XVI Los de la edad media no fueron años de grandes descubrimientos en ningún campo en occidente -en Asia los chinos ya habían inventado la pólvora en el s. IX-. Sirvieron sin embargo para que científicos árabes, entre los que se cuentan Averroes o Ibn al-Nafis realizaran un trabajo de conservación de textos de la Grecia clásica, y poco más tarde, mientras santo Tomás de Aquino intentara demostrar la compatibilidad de las teorías griegas con las Sagradas Escrituras, Roger Bacon defendía el método experimental. Tras el renacimiento, a lo largo del siglo XV y hasta principios del XVII, los descubrimientos de cuatro astrónomos marcaron el comienzo de la ciencia moderna. Contrariando la teoría geocéntrica de Tolomeo, el polaco Nicolás Copérnico propuso el heliocentrismo como modelo del universo, en el que los planetas trazan órbitas circulares alrededor del Sol, así decía en su obra Sobre las revoluciones (de los orbes celestes): “En primer lugar, hemos de señalar que el mundo es esférico, sea porque es la forma más perfecta de todas, sin comparación alguna, totalmente indivisa, sea porque es la más capaz de todas las figuras, la que más conviene para comprender todas las cosas y conservarlas, sea también porque las demás partes separadas del mundo (me refiero al Sol, a la Luna y a las estrellas) aparecen con tal forma, sea porque con esta forma todas las cosas tienden a perfeccionarse, como aparece en las gotas de agua y en los demás cuerpos líquidos, ya que tienden a limitarse por sí mismos, para que nadie ponga en duda la atribución de tal forma a los cuerpos divinos” Copérnico,

Nicolás. Sobre las revoluciones (De los orbes celestes). Madrid: Editora Nacional, 1982. Esta asociación entre lo esférico y lo perfecto le llevó diseñar su modelo con respecto a unas órbitas circulares de compleja elaboración. Copérnico asentó de este modo las bases para los posteriores descubrimientos de Newton y Kepler. Tycho Brahe, nacido en 1546 en una Suecia de posesión danesa por entonces, elaboró, obtenidos unos cálculos muy precisos, una teoría intermedia según la cual los planetas orbitaban alrededor del sol a la vez que éste lo hacía alrededor de la tierra. Sobre los cálculos de Brahe, su ayudante Johannes Kepler desarrolló unas leyes que acabaron definitivamente con la teoría de Tolomeo. Las tres leyes de Kepler son las siguientes: 1. Los planetas giran alrededor del sol en órbitas elípticas estando el sol en uno de sus focos. Contradecía así también a la teoría de Copérnico acercándose a la realidad. 2. El vector posición de cualquier planeta respecto del Sol, barre áreas iguales de la elipse en tiempos iguales. Dicho de otra manera, los planetas avanzan más rápidamente cuánto más cerca se encuentren del sol. 3. Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital es directamente proporcional al cubo de la distancia media con el Sol. Lo que en lenguaje de a pie quiere decir que cuanto más lejos está el planeta del Sol más tiempo tarda en dar una vuelta –el planeta Tierra tarda un año; Plutón, el más alejado, tarda unos 248 años y medio-, y además la relación entre esa distancia y el tiempo es proporcional. En 1609, Galileo Galilei, observando a través de un telescopio las fases del planeta Venus, pudo confirmar el sistema heliocéntrico. La otra gran hazaña de Galileo fue demostrar que, en contra de los postulados de Aristóteles, todos los objetos tardan lo mismo en caer, y que su velocidad al hacerlo aumenta de forma uniforme. Éste concepto puede resultar extraño. Podemos preguntarnos en un ejemplo extremo ¿Tardarían lo

mismo en caer desde lo alto de la torre de pisa una esfera de plomo y otra de goma espuma? La respuesta es rotundamente sí, incluso un piano y una mandolina tardarían lo mismo en caer. La diferencia en la naturaleza la marca el rozamiento del aire, que frena las caídas de todos los objetos dentro de la atmósfera, de éste modo los paracaidistas no se estrellan contra el suelo. La tierra atrae con igual fuerza a la esfera de plomo y a la pluma, pero el rozamiento del aire hace que la pluma caiga más lentamente. Galileo murió en una villa de Florencia, habiendo sido obligado por la inquisición a renunciar a sus ideas por considerarlas heréticas. Biografía galileo Galilei Nació cerca de Pisa el 15 de Febrero de 1564, hijo del músico Vincenzo Galilei. De su padre aprendió que las teorías rígidas suponen un freno al crecimiento, así concibió la teología física de Aristóteles como una barrera en la evolución del conocimiento. Su trabajo destaca por el inicio de una física de mediciones exactas, ya no sólo conceptual, en la que combinaba el instrumental de la física artesana con la lógica –fue el primero en utilizar un telescopio en el estudio del firmamento- y la exactitud de la matemática; y también por la defensa de una investigación libre, sin trabas religiosos, convirtiéndose en un eslabón clave de la revolución científica. Tras sus estudios con monjes en Vallombroso empezó medicina en 1581 en la Universidad de Pisa, aunque al poco tiempo cambió ésta disciplina por la filosofía y las matemáticas, siendo pupilo indirecto de Tartaglia, y finalmente dejó la universidad en 1985 sin obtener título alguno. Por esta época descubrió la ley del péndulo, lo que se considera como el inicio de una nueva ciencia: la mecánica clásica, más tarde desarrollada por Isaac Newton. Se dedicó entonces a dar clases particulares y a escribir sobre hidrostática pero sin llegar a publicar ningún trabajo. Ejerció de

profesor de matemáticas en Pisa pero fue despedido por enseñar a sus alumnos una doctrina contraria a la aristotélica. La filosofía aristotélica afirmaba que la caída de los cuerpos era proporcional a su peso; Galileo Galilei demostraría después que esto era falso. Entre tanto fue admitido en la universidad de Padua, donde ocupó la cátedra de matemáticas hasta 1610. Ya en Padua inventó un compás de cálculo que resolvía problemas prácticos de matemáticas, lo que marcaría un cambio en su metodología de trabajo: Galileo abandonó la física especulativa para dedicarse a mediciones precisas. Descubrió así las leyes de caída de los cuerpos, la trayectoria parabólica de los proyectiles; estudió el movimiento del péndulo y la mecánica de materiales. Creó el concepto moderno de aceleración, como incremento de la velocidad en función del tiempo. Su interés por la astronomía no se manifestó hasta finales del siglo XVI, de nuevo para contradecir a Aristóteles y Ptolomeo en sus teorías geocéntricas, y seguir las creencias fundadas de Copérnico, que afirmaba que era la tierra la que daba vueltas alrededor del sol y no al revés; sólo de este modo podía ser cierta la teoría de las mareas, que se apoyaba en el movimiento terrestre. Su contribución a las operaciones navales le valió un aumento de sus ingresos y el puesto vitalicio de profesor. La curiosidad astronómica fue creciendo, y en 1609, oído el rumor de la construcción de un gran telescopio en los Países Bajos y con datos incompletos de su construcción, se presentó ante el duque de Venecia el proyecto de uno de potencia similar a unos binoculares. El primer telescopio construido por Galileo Galilei tenía ocho aumentos, aunque fue mejorando los diseños. No deformaba los objetos, al contrario que el holandés, y mediante una lente divergente evitaba que la imagen se invirtiera. No sólo se utilizó éste invento en la astronomía, sino que los navegantes pronto le encontraron gran utilidad naval. El 21 de agosto presenta un nuevo telescopio de nueve aumentos en una demostración en Venecia, los asistentes quedaron fascinados al ver la famosa isla de Murano a unos 300 metros de distancia, cuando en realidad se encontraba a dos kilómetros y

medio. No todo fueron éxitos, Galileo no era especialista en óptica y algunos de los telescopios que fabricó eran inutilizables. Con veinte aumentos, en diciembre de 1609, Galileo Galilei pudo descubrir montañas y cráteres en la Luna gracias a la irregularidad en el color de su superficie, incluso estimar a altura y profundidad de éstos, describiendo la superficie lunar como irregular al igual que la terrestre, lo que contradecía la afirmación de Aristóteles de que en el universo todo eran esferas perfectas. Descubrió también los cuatro satélites de Júpiter y la composición estelar de la Vía Láctea, descubrimientos que publicó en 1610 en el libro El mensajero de los astros. El hecho de que un planeta tuviera planetas más pequeños girando a su alrededor era un problema, porque se oponía al dogma de que todo giraba en torno a la tierra. Los escépticos no tuvieron más mirar a través de la lente para descubrir que era cierto. A finales de ese año pudo ver las fases de Venus, que en sí son una contradicción de la teoría de Ptolomeo y una prueba del acierto de Copérnico. Según Ptolomeo, es decir, según el geocentrismo, de las fases de un astro serían visibles sólo la nueva y la creciente, el hecho de que Galileo observara las cuatro demostraba que Venus giraba alrededor del Sol, y no alrededor de la tierra. La afirmación de Aristóteles de que en el cielo sólo podía haber cuerpos esféricos y de que era imposible que apareciera nada nuevo le valió a Galileo Galilei las burlas de todos los filósofos. También discrepaba Galileo con los profesores de Florencia y Pisa de la hidrostática, y publicó un trabajo sobre los cuerpos en flotación que desencadenó la publicación de una serie de trabajos que pretendían destruir su física. En 1613 Galileo publicó un estudio sobre las manchas solares, cuya existencia derribaba de nuevo la perfección de los cielos asumida por la Grecia clásica y que iba demostrar la validez irrefutable de la teoría heliocéntrica de Copérnico. Las teorías de Galileo fueron tachadas de herejías ante la familia Medici, gobernadores de Florencia, así como el científico y sus seguidores fueron acusados de herejes desde el púlpito. Galileo

intentó hacer entrar en razón a la sociedad mediante una extensa carta en la que promulgaba la irrelevancia bíblica ante los hechos científicos y pedía una adaptación de la interpretación del libro de libros conforme iba desarrollándose el conocimiento humano. En 1616 se censuraron los libros de Copérnico y el cardenal Roberto Belarmino (canonizado en 1930) prohibió a Galileo seguir defendiendo ninguna teoría en la que se afirmara que la tierra se mueve. Galileo guardó silencio y se dedicó a investigar un método de medición de longitud y latitud en alta mar basándose en los astros, a resumir sus antiguos trabajos sobre la caída de los cuerpos y a exponer sus puntos de vista sobre el razonamiento científico en El ensayador, de 1623. Al año siguiente empezó a escribir Diálogo sobre las mareas, en el que volvía a parecer la polémica entre Copérnico y Ptolomeo. En 1630 obtuvo la licencia de la iglesia, pero le cambiaron el título por el de Diálogo sobre los sistemas máximos y se publicó en 1632. Pese a la autorización, en base a un informe que prohibía a Galileo hablar sobre las teorías de Copérnico, fue llamado a Roma para responder ante la sospecha grave de herejía. Galileo fue obligado a abjurar y fue condenado a prisión perpetua, pena que se conmutó por arresto domiciliario. Se cuenta que al terminar su declaración de reniego de sus propias teorías, murmuró “ e pur si muove â€, y sin embargo se mueve. Los ejemplares del Diálogo sobre los sistemas máximos fueron quemados. Tras varios siglos de especulación e investigaciones en 1992 el papa Juan Pablo II reconoció el error del Vaticano. Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos ciencias nuevas relacionadas con la mecánica, su última obra, fue publicada en Leiden, y perfecciona sus anteriores sobre movimiento y mecánica. Esta obra propició el trabajo de Newton, quien armonizó la física de Galileo con las leyes de Kepler. En 1638 se quedó ciego y murió recluido en Arcetri, cerca de Florencia, en 1642. La iglesia le prohibió un funeral público.