Monday, June 02, 2008

CAPITULO 10: PERSPECTIVAS HISTORICAS.

LA TIERRA DEJA DE SER EL CENTRO DEL UNIVERSO

UNIÓN DEL CIELO Y LA TIERRA

RELACIÓN ENTRE LA MATERIA Y LA ENERGÍA, Y ENTRE EL TIEMPO Y EL ESPACIO

EXTENSIÓN DEL TIEMPO

MOVIMIENTO DE LOS CONTINENTES

COMPRENSIÓN DE LA NATURALEZA DEL FUEGO

DIVISIÓN DEL ÁTOMO

EXPLICACIÓN DE LA DIVERSIDAD DE LA VIDA

DESCUBRIMIENTO DE LOS GÉRMENES

APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA



Capítulo 10: PERSPECTIVAS HISTÓRICAS

Existen dos razones principales para incluir algún conocimiento sobre la historia entre las recomendaciones. Una es que las generalizaciones acerca de cómo trabaja la empresa científica pudiera estar vacía sin ejemplos concretos. Considérense, por ejemplo, las proposiciones de que las nuevas ideas están limitadas por el contexto en el cual se conciben; a menudo son rechazadas por el establishment científico; a veces nacen de hallazgos inesperados; y generalmente crecen con lentitud a través de contribuciones de muchos investigadores diferentes. Sin ejemplos históricos, estas generalizaciones no serian más que consignas, por mucho que se recuerden. Para este propósito, puede seleccionarse cualquier número de episodios.

Una segunda razón es que algunos acontecimientos en la historia del desarrollo científico son de suma importancia para la herencia cultural. Éstos incluyen ciertamente el papel de Galileo al cambiar la percepción del sitio que ocupa la humanidad en el universo; la demostración de Newton de que las mismas leyes del movimiento se aplican tanto en la Tierra como en el cielo; las largas observaciones de Darwin sobre la variedad y la relación de las formas de vida que lo llevaron a postular el mecanismo por el cual llegaron a desarrollarse; la cuidadosa documentación de Lyell de la increíble edad de la Tierra; y el estudio de Pasteur de la enfermedad infecciosa causada por organismos pequeños que pudieron ser vistos solamente con un microscopio. Estas historias constituyen algunos de los hitos del desarrollo de todo el pensamiento en la civilización occidental.

Todas las culturas han incluido estudios sobre la naturaleza el movimiento de cuerpos celestes, el comportamiento de los animales; las propiedades de los materiales, las propiedades medicinales de las plantas, etc. Las recomendaciones en este capítulo se enfocan en el desarrollo de la ciencia, las matemáticas y la tecnología en la cultura occidental, pero no en cómo éste tomó ideas de las culturas primitivas egipcia, china, griega y arábica. Las ciencias consideradas en este informe son parte de una gran tradición de pensamiento que se ha desarrollado en Europa en los últimos 500 años una tradición a la cual contribuye hoy gente de todas las culturas.

El énfasis aquí se encuentra en diez narraciones de descubrimientos y cambios significativos que ejemplifican la evolución y el impacto del conocimiento científico:

1. la Tierra planetaria,
2. la gravitación universal,
3. la relatividad,
4. la edad geológica,
5. la tectónica de placas,
6. la conservación de la materia,
7. la radiactividad y la fisión nuclear,
8. la evolución de las especies,
9. la naturaleza de la enfermedad, y
10. la revolución industrial.

Aun cuando otras elecciones pueden ser igualmente válidas, éstas se adecuan claramente a nuestro doble criterio de ejemplificar temas históricos y tener un destacamiento cultural.

LA TIERRA DEJA DE SER EL CENTRO DEL UNIVERSO

Para los observadores sobre la Tierra parece que ésta se mantiene quieta y todo lo demás se mueve a su alrededor. Así, al tratar de imaginar cómo funciona el universo, le dio un buen sentido a la gente en épocas antiguas para iniciar con estas verdades aparentes. Los antiguos pensadores griegos, en especial Aristóteles, establecieron un patrón que duró 2 000 años aproximadamente: una gran Tierra estacionaria en el centro del universo, y puestos alrededor de ésta el Sol, la Luna, y pequeñas estrellas ordenadas en una esfera perfecta, con todos estos cuerpos orbitando en círculos perfectos a velocidades constantes.

Poco después del comienzo de la Era cristiana, el concepto básico fue transformado en un modelo matemático poderoso por un astrónomo egipcio, Ptolomeo. Su modelo de movimientos circulares perfectos sirvió bien para predecir las posiciones del Sol, la Luna y las estrellas. También explicó algunos de los movimientos en el espacio que parecían claramente irregulares. Unas pocas "estrellas errantes" (los planetas) no parecían girar perfectamente alrededor de la Tierra, sino que más bien cambiaban su velocidad, y a veces iban en reversa, siguiendo trayectorias de vueltas desiguales. Este comportamiento fue explicado en el modelo de Ptolomeo añadiendo más círculos, los cuales giraban sobre los círculos principales.

En los siglos siguientes, conforme los datos astronómicos se acumulaban y llegaban a ser más precisos, este modelo fue refinado y complicado por muchos astrónomos, incluyendo árabes y europeos. Por muy inteligentes que fueran los refinamientos en los modelos de círculos perfectos, no implicaban ninguna explicación física de por qué los cuerpos celestes debían moverse de esa manera. Los principios del movimiento en el espacio se consideraron muy diferentes de los del movimiento en la Tierra.

Poco después del descubrimiento de América, un astrónomo polaco llamado Nicolás Copérnico, contemporáneo de Martín Lutero y Leonardo da Vinci, propuso un modelo diferente del universo. Descartando la premisa de una Tierra estacionaria, demostró que si ésta y todos los planetas giraran alrededor del Sol, el movimiento aparentemente errático de los planetas podía explicarse en una forma intelectualmente más satisfactoria. Pero el modelo de Copérnico todavía usaba movimientos circulares perfectos y era casi tan complicado como el viejo modelo de la Tierra en el centro.

Además, su modelo violaba las nociones de sentido común prevalecientes acerca del mundo; tal modelo requiera que la Tierra, aparentemente inmóvil, girara por completo sobre su eje una vez al día, que el universo fuera mucho más grande de lo que se había imaginado, y lo peor de todo que la Tierra se convirtiera en un lugar común perdiendo su posición en el centro del universo. Más tarde, se pensó que una tierra que orbitara y girara era incompatible con algunos pasajes bíblicos. La mayoría de los eruditos notaron muy poca ventaja en un modelo con el Sol en el centro, y un costo muy alto si renunciaban a muchas otras ideas asociadas con el modelo tradicional de la Tierra en el centro.

A medida que las mediciones astronómicas continuaron haciéndose más precisas, llegó a ser claro que ni el heliocentrismo ni el geocentrismo podrían funcionar mientras todos los demás cuerpos tuvieran un movimiento circular uniforme. Un astrónomo alemán, Johannes Kepler, coetáneo de Galileo, desarrolló un modelo matemático del movimiento planetario que descartaba ambas premisas tan respetables una Tierra estacionaria y un movimiento circular. Postuló tres leyes, la más revolucionaría de las cuales fue que los planetas se mueven naturalmente en órbitas elípticas a velocidades variables pero predecibles. A pesar de que esta ley resultó ser correcta, los cálculos para las elipses eran difíciles con las matemáticas conocidas en ese tiempo, y Kepler no ofreció ninguna explicación de por qué los planetas se movían de esa forma.

Las muchas contribuciones del científico italiano Galileo, quien fue coetáneo de Shakespeare y Rubens, fueron de gran importancia en el desarrollo de la física y la astronomía. Como astrónomo, construyó y utilizó el telescopio recién inventado para estudiar el sol, la luna, los planetas y las estrellas, y realizó un sinnúmero de descubrimientos que apoyaron la idea básica de Copérnico del movimiento planetario. Probablemente el más distinguido de éstos fue el hallazgo de cuatro lunas que giraban alrededor del planeta Júpiter, demostrando que la Tierra no era el único centro de movimiento celeste. Con el telescopio, también descubrió los inexplicables fenómenos de los cráteres y las montañas en la Luna, las manchas en el Sol, las fases de Venus parecidas a las lunares, y un gran número de estrellas invisibles para un ojo normal.

Otra gran contribución de Galileo a la revolución cosmológica fue divulgar sus descubrimientos, en una forma y lenguaje accesibles a todas las personas educadas de su época. También refutó muchos argumentos populares en contra de una Tierra que estuviera en órbita y girara sobre su eje, y mostró inconsistencias en la explicación del movimiento de Aristóteles. Las críticas del clero, que aún creía en el modelo de Ptolomeo, así como el juicio posterior de Galileo llevado a cabo por la Inquisición por sus supuestas creencias heréticas, sólo llamaron la atención y de esa forma aceleraron el proceso de cambio de las ideas generalmente aceptadas que constituían el sentido común. También aparecieron algunas de las tensiones inevitables que van ligadas a la propuesta científica de conceptos radicalmente nuevos.

UNIÓN DEL CIELO Y LA TIERRA

Pero le correspondió a Isaac Newton, un científico inglés, unir todos esos hilos, e ir más allá para crear la idea del nuevo universo. En su libro Principios matemáticos de la filosofía natural, publicado a fines del siglo XV1I y destinado a ser uno de los más influyentes de todos los tiempos, Newton presentó un modelo matemático impecable del mundo, en el que reunió el conocimiento del movimiento de los objetos en la Tierra y el de los movimientos distantes de los cuerpos celestes.

El mundo newtoniano fue sorpresivamente sencillo: utilizando unos cuantos conceptos clave (masa, momento, aceleración y fuerza), tres leyes del movimiento (inercia, la dependencia de la aceleración de la fuerza y la masa, y la acción y reacción), y la ley matemática de cómo la fuerza gravitatoria entre todas las masas depende de la distancia, Newton fue capaz de dar explicaciones rigurosas para el movimiento de la Tierra en el espacio. Con este simple conjunto de ideas pudo explicar las órbitas observadas de los planetas y las lunas, el movimiento de los cometas, el movimiento irregular de la Luna, el movimiento de los objetos que caen sobre la superficie terrestre, el peso, las mareas oceánicas y la ligera comba ecuatorial del planeta. Newton hizo a la Tierra parte de un universo entendible, un universo elegante en su simplicidad y majestuoso en su arquitectura un universo que marchaba automáticamente por si mismo según la acción de las fuerzas entre sus partes.

El sistema newtoniano prevaleció como una perspectiva científica y filosófica del mundo durante 200 años. Su pronta aceptación fue asegurada de manera espectacular por la verificación del pronóstico de Edmund Halley, hecha muchos años antes, de que cierto cometa reaparecería en una fecha específica, calculada a partir de los principios de Newton. La creencia en el sistema de Newton fue reforzada continuamente por su utilidad en la ciencia y las tareas prácticas, hasta (e incluyendo) la exploración del espacio en el siglo XX. Las teorías de la relatividad de Albert Einstein revolucionarías por derecho propio no derrocaron el mundo de Newton, pero modificaron algunos de sus conceptos más fundamentales.

La ciencia de Newton fue tan exitosa que su influencia se expandió más allá de la astronomía y la física. Los principios físicos y la forma matemática de Newton de derivar consecuencias a partir de todos ellos se convirtieron en el modelo para todas las demás ciencias. La creencia creció a tal grado que llegó a pensarse que toda la naturaleza podía ser explicada en términos físicos y matemáticos y consecuentemente ésta podía funcionar por sí misma, sin la ayuda o atención de los dioses aunque el mismo Newton veía a la física como una demostración de que la mano de Dios actuaba sobre el universo. Los pensadores sociales consideraron que aun los gobiernos podían diseñarse como un sistema solar newtoniano, con un equilibrio de fuerzas y acciones que asegurarían la operación regular y la estabilidad a largo plazo.

Los filósofos dentro y fuera de la ciencia tuvieron problemas por la implicación de que si cualquier cosa, desde estrellas hasta átomos, funcionaba de acuerdo con leyes mecánicas precisas, la idea humana del libre albedrío podría ser sólo una ilusión. ¿Podría toda la historia humana, desde pensamientos hasta cataclismos sociales, ser solamente el drama de una secuencia de acontecimientos completamente determinados? Los pensadores sociales expusieron preguntas acerca del libre albedrío y la organización de los sistemas sociales que fueron debatidas de manera amplia en los siglos XVIII y XIX. En el siglo XX, la aparición de una incertidumbre en el comportamiento básico de los átomos alivió algunas de estas preocupaciones pero también planteó nuevas cuestiones filosóficas.

RELACIÓN ENTRE LA MATERIA Y LA ENERGÍA, Y ENTRE EL TIEMPO Y EL ESPACIO

Aunque fue tan elaborada y exitosa, la concepción newtoniana del mundo finalmente sufrió algunas revisiones fundamentales a inicios del siglo XX. En la tercera década de su vida, el alemán de nacimiento Albert Einstein publicó ideas teóricas que hicieron contribuciones revolucionarias al entendimiento de la naturaleza. Una de éstas fue la teoría especial de la relatividad, en la que Einstein consideró que el tiempo y el espacio eran dimensiones estrechamente relacionadas, al contrario de lo que Newton había pensado, que eran dimensiones del todo distintas.

La teoría de la relatividad tuvo bastantes implicaciones sorprendentes. La primera es que la medida de la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores, sin importar cómo se muevan ellos o la fuente de luz. Además, la velocidad de la luz en el espacio vacío es la mayor posible nada puede ser acelerado a mayor velocidad u observado moviéndose más rápido.

La teoría especial de la relatividad se conoce mejor por afirmar la equivalencia de masa y energía es decir, cualquier forma de energía tiene masa, y la propia materia es una forma de energía. Esto está expresado en la famosa ecuación E = mc2, donde E representa la energía, m la masa, y c la velocidad de la luz. Partiendo de que c es aproximadamente 300 000 kilómetros por segundo, la transformación de siquiera una pequeña cantidad de masa libera una enorme cantidad de energía.

Esto es lo que ocurre en las reacciones de fisión nuclear, que producen energía calórica en los reactores, y también en las reacciones de fusión nuclear, que producen la energía emitida por el Sol.

Cerca de una década más tarde, Einstein publicó lo que se considera su corolario y uno de los logros más profundos de la mente humana en toda la historia: la teoría de la relatividad general. Ésta tiene que ver con la relación entre la gravedad, el tiempo y el espacio, en la cual la fuerza gravitacional de Newton se interpreta como una distorsión en la geometría del espacio y el tiempo.

La teoría de la relatividad ha sido probada una y otra vez por pronósticos basados en ésta, y nunca ha fallado, ni existe una teoría más poderosa en la arquitectura del universo que la reemplace. Pero muchos físicos están buscando formas de descubrir una teoría aún más completa, una teoría que vincule la relatividad general con la teoría cuántica del comportamiento atómico.

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