Historia de la Ciencia: La Revolución Copernicana y sus Implicaciones

Historia de la Ciencia y Pensamiento Científico

La historia de la ciencia es un punto de central relevancia para el conocimiento del pensamiento científico. En el siguiente capítulo estudiaremos un poco de historia de la ciencia para comprender el funcionamiento de la actividad científica.

La Revolución Copernicana

Entre los siglos XV y XVIII, Europa experimentó una gran transformación cultural dando lugar a la sociedad moderna; la ciencia no fue ajena a estas transformaciones.

En 1543, Copérnico publica "Sobre las revoluciones de las esferas celestes" (De revolutionibus en latín), donde proponía una nueva concepcion del cosmos a fin de ordenar y comprender las observaciones astronómicas realizadas hasta ese entonces. La idea principal era explicar el movimiento de las estrellas, el Sol, la Luna y los planetas partiendo de la base que la Tierra giraba alrededor del Sol. Es decir, proveer una explicación astronómica precisa a partir de un cambio en la cosmología (concepción del universo).

Las ideas copernicanas generaron muchos adeptos, sin embargo la propuesta planteaba un conjunto de problemas a resolver, tanto desde la astronomía (abocada a predecir y describir matemáticamente los cambios de posiciones de los astros) como desde la física (que busca presentar una imagen acerca del universo).

Astronomía, Cosmología y Física en la Tradición Occidental

Si bien los egipcios, babilonios, chinos, mayas e indios observaron el cielo con precisión, elaboraron calendarios y predijeron eclipses, fueron los griegos quienes a partir del siglo VI a.C. iniciaron la tradición científica occidental. La principal diferencia es que los griegos le dieron un carácter racional a sus explicaciones de los fenómenos celestes y terrestres.

Los griegos introdujeron dos cambios fundamentales en las explicaciones: primero, excluir aquellas que involucran elementos sobrenaturales o extranaturales; es decir, desarrollaron una cosmovisión en la cual los fenómenos son explicados apelando a la naturaleza de las cosas, sin intervenciones divinas o mágicas, y adecuando esas explicaciones a las evidencias que ofrece la experiencia. Segundo, vincular las preguntas por el cambio, el movimiento y la naturaleza de las cosas -de las que se ocupa la física- con aquellas acerca de los fenómenos que se observan en los cielos a los que se dedicaba la astronomía, y con las preguntas más filosóficas acerca de la forma y estructura del universo y del mundo en el que vivimos, preguntas cosmológicas.

Entre los siglos VI a.C y II de nuestra era, se fue conformando una cosmovisión científica de la naturaleza que debía incluir una explicación coordinada de los fenómenos astronómicos celestes, fenómenos físicos terrestres y una imagen acerca de la forma del universo en el cual ocurrían. Cosmovisión en la cual la explicación de los fenómenos debía residir en la naturaleza misma de las cosas.

Los Fenómenos Celestes y su Observación

Para las sociedades antiguas y tambien las modernas -en especial aquellas que dependen fuertemente de la agricultura-, resulta esencial poder determinar y prever los movimientos de los cuerpos celestes, para así saber cuándo comienza la temporada de lluvias, entre otras cosas. Esto nos lleva a una primera pregunta, ¿cuáles fenómenos celestes se repiten cíclicamente?

El primero que se nos aparece con claridad es la alternancia del día y la noche. Cada mañana, el Sol aparece en algún punto del este y mientras está presente es de día; cuando ha desaparecido en algún punto del oeste, cae la noche.

La mayor parte de los puntos luminosos que se observan en el cielo durante las noches despejadas se desplazan conjuntamente, esta constancia de sus posiciones relativas hace que el aspecto del cielo sea semejante cada noche y a lo largo de la misma. Desde la antigüedad, al conjunto de estrellas o de puntos celestes se les llama constelaciones.

Una segunda característica, además de sus posiciones relativas, es que se mueven describiendo círculos a velocidad constante de este a oeste. El tiempo que estas luces emplean para completar una vuelta es de 23 horas y 56 minutos (día sideral). Aquellos puntos luminosos que cumplen estas condiciones son llamados estrellas fijas.

En el polo norte celeste, centro de los círculos descritos, encontramos la estrella polar: esta es sólo visible en el hemisferio norte y no cambia de posición de forma apreciable. Al mirar hacia el sur desde nuestro hemisferio, en el polo sur celeste, no hay una estrella en el centro de giro, pero lo que se observa semejante: estrellas describiendo círculos concéntricos, las más cercanas al polo, círculos más pequeños y siempre visibles, y las más lejanas, círculos mayores.

Los Movimientos del Sol

La presencia o ausencia del Sol determina el día y la noche, y también su movimiento está asociado a las estaciones del año. Al igual que las estrellas, presenta un movimiento diario en sentido contrario a las agujas de un reloj -de este a oeste-, el cual le emplea 24 horas. Es decir, el día sidéreo y el Solar no coinciden (23 horas 56 minutos contra 24 horas). La principal consecuencia es el cambio en la posición relativa del Sol respecto a las estrellas fijas. Sin embargo, no podemos observar este cambio porque no podemos observar simultáneamente al Sol y las estrellas, por lo que es necesario un método de observación indirecto para percibirlo. Este consiste en registrar las posiciones de las estrellas fijas que aparecen inmediatamente después de la puesta del Sol. A lo largo de un año, puede observarse un cambio progresivo, consecuencia de los cuatro minutos de diferencia entre el día sidéreo y el Solar.

Ya desde la antigüedad, los primeros astrónomos registraron metódicamente las posiciones sucesivas del Sol sobre el fondo de las estrellas fijas a lo largo de un año, logrando determinar que el recorrido anual del Sol describe un círculo que no coincidía en su eje respecto a las demás estrellas. Esto supone una segunda diferencia entre el Sol y las estrellas: las estrellas fijas se mantienen siempre a la misma distancia de los polos, mientras que los movimientos diarios del Sol durante una época del año describen círculos más cercanos al polo norte celeste y otras más cercanas al polo sur.

En el recorrido anual del Sol hay cuatro puntos claves: los puntos extremos norte y sur -Solsticios- y los puntos medios -equinoccios -. El 22 de diciembre se produce el Solsticio de verano en el hemisferio sur: el Sol se encuentra más cercano a este polo y los días en el hemisferio son más largos que las noches, este hemisferio recibe rayos Solares directos y la temperatura sube; mientras que el 22 de junio se produce el Solsticio de invierno: el Sol sale y se pone más cerca del polo norte, las noches son más largas y las temperaturas más bajas. Durante los equinoccios de primavera (23 de septiembre) y de otoño (21 de marzo), el Sol se encuentra equidistante de ambos polos y la duración de días y noches es aproximadamente la misma.

Podemos establecer la medida de un año sidereo como el tiempo que requiere al Sol en volver a pasar sobre una determinada constelación (365 días, 6 horas y 9 minutos). También podemos establecer la medida de un año trópico como el tiempo que requiere al Sol el volver a situarse en el extremo norte o sur de su recorrido (365 días, 5 horas y 48 minutos). El año sidéreo y el trópico no coinciden, y el efecto de este desfase es que el inicio de las estaciones se anticipa cada año, aunque este adelantamiento resulte imperceptible por ser mínimo.

Los Movimientos Lunares

Los movimientos de la Luna son análogos a los del Sol. tiene un movimiento diario en sentido antihorario (semejante al de las estrellas fijas) y un movimiento mensual en la dirección contraria (análogo al anual del Sol) a través del fondo de estrellas fijas, demorando 27 días 7 horas y 43 minutos (mes sidéreo) en volver a pasar por delante de la misma constelación. Las fases de la Luna dependen de las posiciones relativas del Sol, la Tierra y la Luna, y se repiten cada 29 días, 12 horas y 44 minutos (mes sinódico). Los eclipses solares y lunares son consecuencia de las posiciones relativas de los tres astros.

Los Movimientos Planetarios

Los planetas, también conocidos como astros errantes, luces cuyos movimientos resultan mucho más complejos y difíciles de describir y prever. A ojo podemos distinguir cinco planetas desde la Tierra: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Comparten el movimiento diurno de las estrellas en sentido antihorario; al igual que el Sol y la Luna se desplazan sobre el fondo de estrellas fijas en dirección horaria (hacia el este). Cada planeta tiene su período característico y, todos los planetas, manifiestan una característica común: las retrogradaciones. Su recorrido cíclico en dirección este no se da a velocidad constante, sino que a veces parecen detenerse, avanzar en dirección oeste y luego, volver a retroceder.

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Los planetas tienen un movimiento anual similar al del Sol, aunque un poco más complicado: el movimiento antihorario se mantiene, pero en cada vuelta los planetas hacen algo distinto. en algunas vueltas se retrasan más y en otras menos; además van cambiando de "carriles", es decir, realizan la vuelta más arriba o más abajo.

Lo que hemos visto hasta aquí constituye el núcleo central de los enigmas que la astronomía antigua y moderna intentaron resolver.

Dos Máximos Modelos del Mundo

Históricamente han habido dos propuestas de explicación o modelos astronómicos: el modelo geocéntrico y el heliocéntrico. Según el modelo geocéntrico, la Tierra se encuentra quieta en el centro de nuestro sistema planetario, siendo el punto de referencia fijo de los movimientos de los demás cuerpos. Según el modelo geocéntrico, es el Sol quien cumple esa función. Ahora bien, ambas posiciones intentan explicar los fenómenos astronómicos y, ambas, tienen implicaciones físicas y cosmológicas distintas.

Desde la astronomía, la pregunta central sería: ¿ qué movimientos y eventos deberían ocurrir para que se observe lo que se observa? Desde la cosmología: ¿ qué forma tiene el universo? Las respuestas a estas preguntas deben ser compatibles con los fenómenos celestes observables desde la Tierra y, también, con los principios físicos que rigen el movimiento y la naturaleza material de las cosas sobre la Tierra.

Ambos modelos coinciden en que las estrellas fijas están situadas en la superficie de una enorme esfera, dentro de la cual se encuentran el Sol, la Tierra y los planetas. Además, las luces que brillan en el cielo son cuerpos materiales y de forma esférica, como la Tierra.

Diferencias entre Modelos Geocéntrico y Heliocéntrico

Veamos ahora las diferencias: según el modelo geocentrista y geostático (Tierra es el centro del universo y está quieta), el movimiento diario de las estrellas fijas se explica por el giro de la esfera de las estrellas fijas. El Sol también da una vuelta alrededor de la Tierra.

Según el modelo heliocentrista y heliostático (el Sol está en el centro y está quieto), el movimiento de la estrellas se explica por el giro de la Tierra sobre su propio eje. De este modo, el movimiento de las estrellas sería sólo aparente; también, sería aparente el movimiento del Sol -sería fruto de la rotación terrestre -. Pero, ¿por qué el Sol cambia su posición relativa con respecto a las estrellas? Esto se relaciona con el movimiento anual y diario: la Tierra se traslada anualmente alrededor del Sol. El cambio de posición relativa del Sol sobre el fondo de estrellas fijas se debe a la traslación terrestre.

El modelo geocéntrico también explica las estaciones del año: el movimiento anual del Sol alrededor de la Tierra describiría un espiral descendente desde el solsticio de junio al de enero, y ascendente de enero a junio.

Lo cierto es que ambos modelos permiten explicar los mismos fenómenos y, cada uno de ellos, deja abiertos ciertos interrogantes. los enigmas del modelo heliocéntrico son dos: el problema del paralaje (¿si la Tierra se traslada, cómo es que durante todo el año el eje de rotación sigue apuntando a la estrella polar?), y el de la Tierra móvil (¿si la Tierra gira sobre su propio eje demorando 23 horas 56 minutos al día en sentido horario, cómo es que un pájaro puede volar tanto en ese sentido como en el contrario?). Los enigmas del modelo geocéntrico refieren al movimiento de los astros errantes, los planetas: ¿ por que se mueven de forma tan irregular?

La Ciencia Aristotélica: Cosmología y Física

Tanto en la física de Aristóteles, como en la de Newton, ninguna comprensión cosmológica es posible sin considerar la teoría de los cielos (astronomía) y los principios de la física terrestre.

El universo aristotélico consistía en una esfera cuyos límites exteriores coincidían con los del espacio. Tanto las estrellas como el Sol, la Luna y los planetas estaban engarzados (enganchados), fijos, en esferas transparentes y concéntricas, superpuestas unas sobre otras. Fuera de la esfera más exterior no había materia ni nada, ni siquiera espacio vacío (la idea del vacío resultaba inconcebible en la antigüedad). El universo estaba cualitativamente dividido en dos: por un lado, el mundo sublunar (todo aquello entre la Luna y el centro de la Tierra) y, por otro, el supralunar (la esfera lunar y todo lo exterior a ella hasta los confines del universo). En el centro del universo se hallaba la Tierra.

Al no haber vacío, todo el espacio siempre estaba ocupado por éter (un sólido cristalino), siendo el elemento natural más abundante. Los planetas, estrellas y las esferas del universo estaban compuestos de éter.

El movimiento de la esfera de las estrellas fijas arrastraba a la esfera inmediatamente inferior, y aquella a la siguiente hasta transmitir el movimiento a la esfera más pequeña e interna, la cual producía el movimiento lunar.