jueves, 28 de mayo de 2015

Galileo Galilei y la ley de la caida de los cuerpos


Contemporáneo de Kepler, Galileo nació y desarrolló  su investigación en Italia. Se le considera el iniciador del llamado método experimental, al aplicar leyes matemáticas a las observaciones  que hacía. Descubrió matemáticamente la trayectoria de un cuerpo en caída libre, la parabólica  de un proyectil, la del péndulo, etc.

Su principal contribución  a la Astronomía  fue el  uso del telescopio. Parece que fueron los holandeses los inventores, y ya habían usado en secreto anteojos con fines militares; sin embargo Galileo fue el primero en dirigir al cielo lo que él fabricó, con lo que descubrió las montañas en la luna, cuatro satélites alrededor de Júpiter  y que la vía Láctea no era una nube de celeste sino un conglomerados de miles de estrellas.

Es conocido si proceso con la inquisición. En  1610 publicó su obra Siderius Nuncios, en la que describía el cielo tal y como lo veía a través de su telescopio. Daba por  supuesto el sistema copernicano del sol en el centro. Una comisión de teólogos de la inquisición no lo vio  compatible con algunos pasajes de la Biblia en el que, en un lenguaje propio del tiempo en que fue escrita, se habla del movimiento del sol a través del cielo. Galileo, buen católico, argumento  que quizá no había que interpretar las sagradas Escrituras literalmente, tal como se hace hoy. El cardenal Belarmino, muy influyente entonces en el Vaticano, también era de esa opinión, pero esa tesis no tuvo éxito y Galileo fue conminado en 1616 a enseñar la teoría heliocéntrica solo como hipótesis, es decir, como suposición, mientras no hubiera pruebas más evidentes que lo demostraran. Hay que nombrar que Galileo, guiado quizás por su genial intuición científica aportaba unas pruebas que no eran demasiado concluyentes, incluso alguna era errónea. Las principales eran:

 

  • El movimiento de las lunas de Júpiter alrededor del planeta. Los primitivos telescopios  que fabricó, además de rudimentario, no eran regulables (el enfoque era fijo, y cualquier pequeño defecto de miopía etc. No se podía ajustar), y por lo tanto, era difícil que personas no expertas vieran algo claro a través de ellos. A todos nos a pasado cuando miramos por primera vez por un telescopio de aficionado, mucho mejor que los de entonces: no sabíamos que estábamos viendo. Por otra parte, el que hubiera lunas girando alrededor de Júpiter no implica necesariamente que la Tierra gire alrededor del Sol.
  • Las fases de Venus. Este hecho también se podía explicar con el sistema de Tycho, al que se aferraron los teólogos.
  • Las mareas serian producidas por la fuerza centrifuga en el movimiento de rotación y traslación de la Tierra. Galileo se empeñaba en que debería haber una solo marea al día, cosa que cualquier marinero desmiente. Posteriormente se demostró que esta prueba era falsa, ya que la causa de las mareas es la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol.
  • El sistema heliocéntrico era mas sencillo que el de Tolomeo.

 

Posteriormente, en 1633 Galileo, al publicar su obra Diálogos en la misma línea, fue procesado formalmente por un tribunal de la inquisición y desterrado a su villa de Arcetri, en Florencia, donde siguió investigando  hasta su muerte, nueve años después.

En este proceso, el tribunal eclesiástico no supo delimitar el campo religioso del científico. Curiosamente, el tribunal se equivocó en su especialidad, la interpretación de las Sagradas  Escrituras, y acertó en lo que no lo era, el método experimental, que exige tratar una teoría  como hipótesis hasta que este suficientemente demostrada. Y Galileo se equivoco en su especialidad el método  científico, y acertó en lo que no lo era, en la interpretación de las Sagradas Escrituras.

Cien años después los hechos se impusieron y se aportaron mas y mejores pruebas, y en 1741 el Papa Benedicto XIV concedió el imprimátur –autorización- para la publicación de las obras de Galileo y retiró del Índice –especie de catalogo de libros contra la fe católica- los libros a favor de la teoría heliocéntrica. En 1992, el Papa Juan Pablo II, hablando de este tema, animo a los teólogos y científicos a respetar sus respectivos campos de investigación que, por ser distintos, no deben oponerse.

jueves, 21 de mayo de 2015

Johannes Kepler y el movimiento orbital de los planetas


Johannes Kepler

 (Weil der Stadt, Alemania, 27 de diciembre de 1571 - Ratisbona, Alemania, 15 de noviembre de 1630)

Un siglo después, el matemático alemán Johannes Kepler se enfrasco en estudiar las órbitas de los planetas. Intentó en vano explicarlas suponiendo que su circunferencias pasaban por los vértices de los cinco poliedros reglares. Más tarde conoció a Tycho Brahe, que se paso la mayor parte  de su vida registrando en su observatorio la posición de los planetas y estrellas con una precisión desconocida hasta entonces  -todavía no se había inventado el telescopio todo se hacia con círculos graduados, astrolabios, etc.-. Tycho tenía su propia teoría sobre el Sistema solar: el Sol giraría alrededor de la tierra y los planetas alrededor del Sol. Este modelo, intermedio entre Tolomeo y Copérnico no duró mucho, pero indica lo difícil que era en aquellos tiempo aceptar, incluso para astrónomos  insigne como Tycho, que la tierra no estaba en el centro.

Kepler, con estas precisas, mediciones y su espíritu de gran matemático, dedico diez años  a estudiar la orbita de Marte. Por fin encontró que no describía una circunferencia,  sino una elipse, dado otros  pasos adelante la abandonar las circunferencias que desde los griegos estaban consideradas como la trayectoria más perfecta. También descubrio el movimiento y la relación que hay entre el tiempo que tarda un planta en dar una vuelta a su órbita y su distancia al Sol.

jueves, 14 de mayo de 2015

La cuna de la astronomía prt-2


Eudoxo (s.IV a.C.) supuso una serie de esferas en el cielo, que giraba alrededor de la tierra y tenia distintos ejes, algunos apoyados en las esferas vecinas. Salía así un modelo bastante complejo  que explicaba mas o menos el movimiento de los planetas.

Aristóteles (s IV a.C.) fue quizás el mas grande pensador de la antigüedad. Era filosófico, y por tanto se dedico a explicar el por que de las cosas (por que existen, que es el bien, que es la belleza, etc.…). En ese campo llego a cotas difíciles de superar. Su prestigio fue tal que lo poco que dijo en el terreno científico, en lo que no era especialista, perduró muchos siglos después.

Para intentar comprender como han perdurado  tanto esas ideas, hagamos un viaje mental en el tiempo e intentemos seguir los  razonamientos de Aristóteles, no sin antes despojarnos de nuestro conocimiento actual. Estamos en Atenas y le oímos en clase con sus discípulos, mientas pasean por un jardín. Les explica que la tierra es esférica y  está quieta en el centro del universo. No puede estar en movimiento –dice-  por que en ese caso deberíamos notar algún cambio  aparente en la posición de las estrellas  ( lo que hoy llamamos párale ), de la misma forma que el  paisaje de el jardín por el que caminaban se estaría moviendo por efecto de la perspectiva.

Un oyente le dice que podría ser debido a que las estrellas están alejadas infinitamente de la Tierra. Aristóteles le hace ver que eso es imposible, porque giran alrededor de la Tierra cada 24 horas. Si estuviesen a una distancia infinita, tendrían que tener velocidad instantánea, lo cual es contrario a lo que se observa. El maestro no le ve muy convencido y sigue argumentando, basándose en la observación y la  experiencia: si la Tierra girara sobre si misma, tendríamos que notarlo en la superficie. Por ejemplo sabemos que la Tierra es muy grande y el paralelo que pasa por Atenas puede medir unos 12.000km –posteriormente se demostró que era el doble-   Como da una vuelta cada 24 horas nuestra velocidad mientras estamos tranquilamente charlando debería ser de unos 500 Km. por hora. Cualquier de ellos tiene la experiencia de cabalgar a 30km por hora y saben que a esa velocidad el viento sobre la cara es apreciable, Si la tierra girara, estaríamos ahora como un mitad de un terrible huracán, cosas que no se observa.

 Aristóteles aun da otro argumento más: levanta una piedra y la deja caer a sus pies, Y nos dice : si fuésemos a una velocidad de 500km/h al soltar la piedra se iría rápidamente hacia atrás, como pasa cuando vamos corriendo y se nos cae algo. ¿Lo veis? Los hechos desmienten la teoría de que la tierra gira.

Hoy podemos debatir estos argumentos, pero entonces, con los datos que se tenían, hay que reconocer que eran razonamientos muy lógicos.

Sigamos con la Historia de la astronomía. Apolonio de Pérgamo (s.III a.C.), experto geómetra griego parece que fue el inventor del artificio matemático del epiciclo sobre deferente. Consiste en suponer que el planeta se mueve girando en una circunferencia pequeña cuyo centro se desplaza a lo largo de otra circunferencia grande con centro en la tierra. Así se describen bastante bien los rizos  -epiciclos- que los planetas describen en sus trayectorias.

 

Eratóstenes (s.III a.C.)  Midió el tamaño de la tierra con bastante aproximación con un ingenioso procedimiento que se explica en la actividad 1.

 
Hiparlo de Rodas (s.II a.C.) hizo el primer catalogo de estrellas de la historia. Clasificó mas de mil estrellas según su tipo de brillo, en seis magnitudes esta clasificación con algunos retoques se sigue usando hoy

 
Tolomeo (s.II d.C.) fue el último gran astrónomo de la antigüedad. Reuniendo todos los conocimientos astronómicos hasta entonces, que se pueden resumir así :

  • Los cielos son esféricos y se mueven circularmente en torno a un eje fijo
  • Los planetas se mueven en epiciclos
  • La Tierra es esférica
  • La Tierra esta en el centro del Universo  

Cabe señalar  que Tolomeo también descubrió anomalías en las orbitas planetarias y de la luna que le llevo a inventar unos puntos que descentraban las órbitas. Kepler los identificó siglos después con los focos de las elipses. El mundo romano no aporto ningún astrónomo de importancia. Las invasiones posteriores de los godos trajeron un declive en la cultura occidental. En oriente, los árabes –la civilización mas culta entonces- redescubren a los antiguos griegos, cuyas obras pasan a occidente en el siglo XI a través de Toledo, con la traducciones del árabe al latín. Palabras como cenit, nadir, álgebra, etc., y nombres de muchas estrellas como Aldebarán, Algol, Deneb, Alcor, Mizar o Betelgeuse proceden del árabe. El sistema de Tolomeo volvió a ser lo normal en el siglo  XIII. En los dos siglos siguientes estuvo en auge en las cortes de los gobernantes la astrología, una seudo ciencia que intenta ver el futuro de los hombres en la posición de los astros. Aunque no tiene ninguna base científica, ayudó a afinar en las predicciones y buscar nuevas explicaciones de los movimientos de los planetas. Quizá por eso empezaron a surgir algunas voces –aún en minoría- que decían que los cálculos salían mejor si se suponía que la tierra era la que giraba alrededor del sol. Era la preparación a Copérnico

jueves, 7 de mayo de 2015

La cuna de la astronomía prt-1




Desde los comienzos, la visión del cielo  estrellado ha impresionado al hombre .El majestuoso movimiento circular durante la noche, el movimiento en él de la luna y de algún que otro lucero, pronto le hicieron preguntarse cómo funcionaba todo aquello. Hay  una convicción profunda en el hombre de que las cosas no ocurren al azar y en este caso puso pronto en marcha la inteligencia para elaborar teorías que explicaran el orden y la armonía que manifestaba todo aquello.
Era tal la impresión que le producía aquel espectáculo, le sobrepasaba tanto, que no tuvo más remedio que acudir a lo más grande  que tenia, a conceptos por encima de su naturaleza. También  hoy, con todas la explicaciones y teoría científicas disponibles –quizás incluso por ellas-, no deja de ser para muchos una puerta a lo trascendente, por ejemplo en Estados Unidos, las agrupaciones astronómicas de aficionados suelen tener lemas, y más de uno es del tipo “los cielos narran la gloria  de Dios y el firmamento pregona  las obras de sus manos” texto del salmo 18 de David.
Por esta razón, las civilizaciones primitivas fueron llenando el cielo  de figuras de sus divinidades, que marcaban el ritmo de vida en la tierra, aparecieron los primeros calendarios, especialmente solares y lunares. Monumentos megalíticos como los Stonehenge (Inglaterra) parecen tener esta finalidad.  Pero fue en el próximo oriente donde empezó la observación sistematizada del cielo, quedando constancia de ello. Así los sumerios en Mesopotamia y los egipcios en el valle del Nilo, hace 6000 años, elaboraron calendarios con fines agrícolas. La luna cambiaba en un ciclo de 29 días, que era el mes lunar. Estaba dividido en 4 semanas de 7 días, que equivalían a cada cuarto de luna. Los babilonios, o quizás sus antepasados sumerios, introdujeron la costumbre de nombrar los siete días de la semana según los siete astros que se movían libremente por el cielo: Luna, Marte, mercurio, Júpiter, Venus, Saturno y el Sol. Aun hoy queda costumbre en muchas lenguas modernas, por ejemplo, en inglés: sun-day=día del sol, mon-day=día de la luna, satur-day=día de saturno; o en castellano los nombres de todos los días provienen de ahí excepto el sábado, del hebreo “sabat”=descansar, y domingo, del latín “día de el señor” También es un invento sumerio al dividir el día en 24 horas y la división sexagesimal de éstas en minutos y segundos.
Primeras teorías
Los primeros griegos, alrededor del año 1000 a.C. desarrollaron hermosas historias de sus dioses – la mitología griega- que dejaron plasmada en los cielos, de ellos que proviene la división de los firmamentos en constelaciones, con nombres de los protagonistas de sus mitología, es un periodo en el que no es la razón la que trabaja sobre datos, sino la imaginación.
En el siglo VII y VI a.C. aparecieron los primeros pensadores griegos: Tales de Mileto, Pitágoras, Anaximandro, Parménides, etc…, que empezaron a aplicar la inteligencia para explicar el mundo, pronto coinciden en la redondez de la tierra y también es casi unánime de que el cielo gira alrededor de la tierra aunque hay excepciones como Filolao (s.V), que suponía que las estrellas eran fijas y su movimiento era debido a la rotación de la Tierra.
Fueron surgiendo ideas originales, aunque sin posibilidad de demostración. Algunas anticiparon ideas modernas como en el caso de Demócrito (s IV a.C.) que suponía que la materia estaba compuesta de pequeñas partículas que llamo átomos que se movían en el seno de un vacío infinito: no habría más que partículas y movimientos que es la base de la física moderna. Anaxágora  (s.V a.C.) afirmo que el sol era  un conjunto de piedras incandescentes, y que su brillo se reflejaba en la luna. Explico que los eclipses de luna se debían a la sombra de la tierra
El comienzo de la ciencia
Para poder juzgar con imparcialidad la Historia, hay que hacerlo sabiendo ponerse en tiempo en que ocurrieron los hechos, y usar los conocimientos que tenían los hombres de entonces. Es muy fácil ver las equivocaciones  que tenían sus conjeturas después de  que una multitud de hombres y mujeres inteligentes han ido mejorándolas a lo largo de muchos siglos. También nuestras ideas actuales parecerán muy elementales a los terrícolas del año 3000.
Con el desarrollo de la geometría entre los griegos, empezaron los primeros intentos de aplicar al movimiento  de los cielos, especialmente para explicar las trayectorias caprichosas de los planetas, que a veces parecían detenerse, incluso retroceder,  para después seguir adelante así surgieron los modelos matemáticos –en este caso geométrico- que intentaban explicar las observaciones, lo que constituye  el comienzo de la ciencia tal y como se entiende hoy.