La historia de la física está llena de figuras extraordinarias que han contribuido significativamente a nuestra comprensión del universo. Aquí hay algunos de los más destacados:
LA FISICA
Antigüedad y Edad Media
Tales de Mileto
Tales de Mileto (c. 624-546 a.C.): Considerado uno de los primeros filósofos en buscar explicaciones naturales para los fenómenos del mundo, a menudo se le llama el primer físico.
Tradicionalmente, Tales de Mileto (c. 585 a.C.) está considerado como el primer filósofo y matemático occidental. Nació y vivió en Mileto, una colonia griega en la costa este de lo que hoy es Turquía y que se suele considerar la cuna de la filosofía griega, dada la reputación de Tales como "el primer filósofo", título que le otorgaron escritores griegos posteriores sobre la materia.
El filósofo Aristóteles (c. 384-322 a.C.) fue el primero en referirse a Tales como "el primer filósofo" y este apelativo se dio por bueno, ya que se consideraba que normalmente todas sus afirmaciones eran ciertas. Ninguna de las obras de Tales ha llegado a nuestros días —lo que sabemos de su filosofía proviene de fragmentos suyos recogidos en pasajes de escritores posteriores—, pero existe consenso sobre su figura como precursor de lo que posteriormente se conocería como filosofía griega.
Se dice que predijo con precisión el eclipse solar del 28 de mayo de 585 a.C. y se lo consideraba un gran astrónomo, matemático, ingeniero, estadista y sabio. Tales fue, supuestamente, el primero en preguntarse: "¿Cuál es la materia básica del universo?", y, según Aristóteles, afirmó que el principio de todas las cosas era el agua, puesto que, entre otras características, puede moverse y cambiar de forma sin que cambie su esencia.
Las indagaciones de Tales sobre la naturaleza de las cosas y las primeras causas debieron de suponer un gran desafío para la religión de los antiguos griegos, ya que esta mantenía que los dioses habían creado el mundo con sus poderes sobrenaturales. No hay pruebas de que fuera perseguido por sus obras; más bien al contrario, parece que gozó de mucho prestigio.
Según los fragmentos de su obra que han sobrevivido, parece haber sido aceptado y respetado por sus contemporáneos, dado que nunca negó la existencia de los dioses; únicamente propuso un elemento primordial como origen de todas las cosas que podía interpretarse como el mismo que los dioses habían utilizado para la creación, puesto que el agua ya aparecía en la cosmogonía griega como el elemento que formaba Océano, el río que rodeaba el mundo.Sin embargo, el enfoque pragmático y empírico de Tales, que despojaba a la creación de sus aspectos sobrenaturales para centrarse en el mundo observable, fue el comienzo de la aplicación del pensamiento racional que otros continuarían, los conocidos como filósofos presocráticos, hasta su completo desarrollo por parte de Sócrates (c. 470-399 a.C.), Platón (c. 428-438 a.C.) y Aristóteles.
Tales, Babilonia y Egipto
Una de las eternas preguntas sobre el pensamiento de Tales es cómo se inspiró para desarrollarlo dado el clima intelectual en el que creció. La filosofía suele aparecer cuando la religión no consigue dar respuesta a las necesidades de la gente pero, según todas las fuentes, esta primera religión griega sí que lo hacía. Sin embargo, parece que Tales se inspiró en Babilonia para su búsqueda a través del estudio. Los babilonios tenían la antigua creencia de que el agua era el elemento primordial que subyacía en todas las formas de existencia y Tales habría adquirido de ellos esta idea.
No obstante, el académico George G. M. James sostenía que Tales desarrolló sus tesis a partir de los egipcios, con los que también habría tenido contacto. En palabras de James:
Tanto la historia como la tradición se mantienen en silencio acerca de cómo Tales llegó a sus conclusiones, excepto Aristóteles, que intenta darnos su opinión como explicación: a Tales le debió influir la observación de la humedad en los alimentos y basó sus conclusiones en una interpretación racional del mito de Océano. Sin embargo, Aristóteles lo considera una mera conjetura. (55)
James propone que Tales obtuvo la teoría del agua como primer principio de la religión egipcia, que sostenía que la Tierra surgió de los mares primigenios del caos. El dios Atum (en algunas versiones de la historia acompañado por el dios Heka, la diosa Neit u otros dioses), desde una pequeña colina conocida como Benben, creó y dio orden al mundo a partir de ese caos acuoso primigenio. James podría estar en lo cierto ya que es perfectamente posible que un joven intelectual y rico como Tales hubiera estudiado tanto en Egipto como en Babilonia o, igualmente probable, que hubiera adquirido el conocimiento de la historia de la creación egipcia de los babilonios que comerciaban regularmente con Egipto.
Parece que ningún tema escapaba al interés de Tales, pero según Aristóteles en su Metafísica, estaba interesado principalmente en el elemento primordial —aquello de lo que todo lo demás provenía— y afirmaba que este elemento era el agua. De todas formas, como se ha comentado anteriormente, la cultura de su tiempo no explica de forma apropiada cómo llegó a esa conclusión. La mayoría de los académicos occidentales rechazan la influencia egipcia o babilonia e insisten en que el pensamiento de Tales era completamente original y que tenía su origen en el antiguo paradigma griego del universo; esta visión ha conformado la interpretación habitual de los orígenes de la filosofía griega, aunque podría no ser correcta.
Entre sus muchos logros, se dice que Tales identificó la Osa Menor, estudió la electricidad, desarrolló la geometría, contribuyó a la aplicación práctica de las matemáticas que más tarde desarrollaría Euclides, creó un telescopio rudimentario, determinó los solsticios y "descubrió" las estaciones, creó lo que más tarde se conocería como "filosofía natural" y se lo reconoció, junto con hombres ilustres como Solón, como uno de los Siete Sabios de Grecia, nombrados por primera vez en el Protágoras de Platón.
Se dice que murió de viejo mientras asistía a un espectáculo deportivo. Según el escritor griego Diógenes Laercio (siglo III d.C.)
Aristóteles
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Aristóteles (384-322 a.C.): Filósofo griego cuyas ideas sobre la física y la cosmología dominaron el pensamiento científico durante siglos.
Aristóteles nació en el 384 a.C. en Estagira, Grecia, en la frontera con Macedonia. Su padre, Nicómaco, era el médico de la corte del rey de Macedonia y murió cuando Aristóteles tenía diez años de edad. Su tío asumió el rol de tutor del muchacho y se encargó de su educación. Es posible que Aristóteles haya pasado mucho tiempo con los tutores de la corte de Macedonia como hijo y sobrino de miembros del palacio, pero no existe certeza acerca de esto. Cuando tenía 18 años, fue enviado a Atenas a estudiar en la Academia de Platón, donde pasó los siguientes 20 años.
Fue un alumno excepcional, se graduó en poco tiempo y se le ofreció un puesto como profesor de retórica y diálogo. Parece ser que Aristóteles pensó que podría dirigir la Academia tras la muerte de Platón, y cuando este cargo quedó en manos de Espeusipo, abandonó Atenas y se fue a las islas del archipiélago griego a realizar experimentos y estudiar por su cuenta.
Aristóteles de Estagira fue un filósofo griego pionero en la examinación sistemática y científica de todas las áreas del conocimiento humano, conocido en su época como “el hombre que lo sabía todo” y luego simplemente como “el filósofo”, sin que fueran necesarios más calificativos debido a su fama.
Creó el concepto de metafísica cuando él (o uno de sus escribas) llevó su libro de física al plano de la especulación filosófica (metafísica significa, literalmente, “después de la física”) y estandarizó el aprendizaje (es decir, el modo de recolectar, asimilar, interpretar y comunicar la información) de numerosas disciplinas.
Posteriormente, durante la Edad Media (aprox. 1300-1500), se lo conocía como “el Maestro”, principalmente en el Infierno de Dante, siendo innecesario siquiera referirse a él por su nombre para que se supiera de quién se estaba hablando. Este epíteto es especialmente adecuado para Aristóteles debido a que escribió obras en disciplinas tan diversas como la biología, política, metafísica, agricultura, literatura, botánica, medicina, matemática, física, ética, lógica y teatro, y fue considerado un maestro en ellas. La tradición lo vincula con Sócrates y Platón en la sucesión de los tres filósofos griegos más prominentes.
Platón (aprox. 428-348 a.C.) era discípulo de Sócrates (aprox. 469/470-399 a.C.), y Aristóteles fue discípulo de aquel. El discípulo y su maestro discrepaban en un aspecto fundamental de la filosofía de Platón, a saber, la existencia de un plano superior en el que residen las ideas, las cuales hacen posible la realidad objetiva en el plano terrenal. Sin embargo, al revés de lo que sugieren algunos estudiosos, esto no causó ningún cisma entre ellos. Aristóteles desarrolló su pensamiento original sobre la base de las teorías de Platón y, a pesar de rechazar la teoría de las ideas de Platón, nunca se opuso a las bases del pensamiento de su maestro.
El rey de Macedonia, Filipo II (reinado: 359-336 a.C.), lo contrató para que hiciera de tutor de su hijo Alejandro Magno (356-323 a.C.), y Aristóteles produjo tal impacto en Alejandro que este decidió llevar consigo las obras de aquel en sus campañas, lo que resultó en la introducción de la filosofía Aristóteles en Oriente con la conquista del Imperio persa. Gracias a Alejandro, las obras de Aristóteles terminaron expandiéndose por el mundo conocido de ese entonces, debido a lo cual influyeron sobre el desarrollo de las teologías del judaísmo, el cristianismo y el islam, y aportaron las bases de su desarrollo.
Tras la muerte de Alejandro Magno en el 323 a.C., cuando la opinión popular ateniense se volcó en contra de Macedonia, Aristóteles fue acusado de impiedad por su cercanía a Alejandro y la corte macedonia. Con el recuerdo de la ejecución injusta de Sócrates en mente, Aristóteles decidió huir de Atenas, “por temor a que los atenienses pecaran dos veces contra la filosofía”, en sus palabras. Murió de causas naturales un año después, en el 322 a.C..
Las obras de Aristóteles, como las de Platón, han influido prácticamente en todos los rincones del conocimiento humano durante los últimos dos mil años. A pesar de que sus obras no fueron leídas en gran medida en Occidente tras la caída de Roma, sí fueron estimadas en Oriente, donde los eruditos del islam se inspiraron en ellas y buscaron interpretarlas. La Ética de Aristóteles (escrita para su hijo, Nicómaco, como guía para obtener una buena vida) es aún hoy consultada como un punto de partida en el estudio de la ética. Contribuyó al entendimiento de la física, creó la disciplina y el estudio de lo que hoy en día se conoce como metafísica, escribió ampliamente acerca de las ciencias naturales y filosofía política, y su obra Poética es aún hoy un clásico de la crítica literaria.
Por todo esto, demostró ser realmente el Maestro, como lo llamaba Dante. Al igual que ocurre con Platón, la obra de Aristóteles permea todas las áreas del conocimiento humano como se lo entiende hoy en día. Muchos pensadores, filósofos y estudiosos a lo largo de los últimos dos mil años han atacado, ignorado, desdeñado, cuestionado o incluso refutado sus teorías, pero ninguno ha negado el carácter vasto y ubicuo de su influencia, como en el establecimiento de múltiples escuelas de pensamiento y la creación de disciplinas que hoy en día se dan por sentado, como si siempre hubieran existido.
Arquímides
Arquímides (c. 287-212 a.C.): Matemático, físico e ingeniero griego conocido por sus principios de la mecánica y la hidrostática.
Arquímedes fue un matemático, físico, inventor, ingeniero y astrónomo que vivió en tiempos de la Antigua Grecia hará unos 2000 años. En aquella época pocas personas eran las que disponían del privilegio de saber leer y escribir, por lo que no hay muchos escritos sobre él y todo lo que sabemos sobre este inventor es a partir de tradición oral y testimonios de varios escritores clásicos, la mayoría posteriores a Arquímedes.
Su tierra natal fue Siracusa, ciudad que se encontraba en la Magna Grecia, una región asentada en la isla de Sicilia y el sur de la península itálica. El gobernante de esa ciudad, que la regía en calidad de tirano, fue Hierón II de quien se tiene la sospecha que pudo estar emparentado de una u otra forma con Arquímedes. Fuera cual fuera su parentesco, ambos tuvieron una relación muy interesante, puesto que Herión II confió en el matemático para que fuera consejero e inventor para la defensa de la ciudad.
De la familia de Arquímedes poco sabemos. No se conoce mucho sobre su madre, pero sí sobre su padre Fidias, astrónomo que le transmitió su interés por la ciencia del firmamento. No parece que se casara ni tuviera hijos, y si los tuvo eso quedó borrado de los anales de la historia. Tampoco podemos confirmar si dijo su famoso “eureka” paseándose desnudo por las calles de su ciudad natal, ni tampoco si de verdad dijo la frase “dadme un punto de apoyo y moveré el mundo”.
A su regreso de Alejandría Arquímedes fue aceptado como consejero de Hierón II, encargándose de diseñar sistemas y artilugios que ayudaran a la defensa de la ciudad. Bajo la protección y patrocinio del monarca, el joven matemático tenía plena libertad para hacer todo tipo de experimentos, siempre y cuando beneficiaran al rey y a Siracusa. Teniendo como mecenas a Hierón II Arquímedes iniciaría una época de extensa investigación y grandes avances.
Uno de los episodios de esta época más importantes para su carrera fue cuando el rey ordenó la construcción de la mayor embarcación jamás fabricada, con tan mala suerte que, al ponerla en el mar, se quedó embarrancada. Como ni con fuerza bruta se podía sacar el barco Hierón II encargó a Arquímedes que se las ingeniara para volver a poner a flote la embarcación. Así pues, Arquímedes ideó un sistema de poleas compuestas que incrementaban la fuerza de empuje, moviendo la nave sin apenas esfuerzo, sentando las bases de su ley de la palanca.
Otro de los momentos más importantes en la vida de Arquímedes fue cuando el rey le pidió que resolviera una duda que le quitaba el sueño. El monarca quería saber si su corona era realmente de oro macizo o si había sido engañado y su interior estaba hecho con un material menos valioso. Este problema resultó ser un auténtico quebradero de cabeza para Arquímedes, puesto que él no sabía cómo resolver esta cuestión sin partir la corona en dos y ver en su interior.
El científico griego sabía que tenía que encontrar la densidad de la corona y, teniendo en cuenta que ésta pesaba igual que un lingote de oro, la respuesta la tenía que encontrar en su volumen. El problema era que no había forma conocida por aquel entonces de calcular el volumen de objetos irregulares. Cuenta la leyenda que descubrió cómo hacerlo mientras se bañaba. Al sumergirse en la bañera vio que el nivel del agua subía. La cantidad de agua que subía era directamente proporcional al volumen del cuerpo que se sumergía.
De esto concluyó que, si sumergía la corona y medía la variación en el nivel del agua podría conocer con precisión cuál era su volumen. Este fue uno de sus grandes descubrimientos y, por este motivo, fue conocido como el principio de Arquímedes. Se dice que, ante semejante hallazgo, salió de la bañera eufórico gritando “eureka”, desnudo por las calles de Siracusa ante la sorprendida mirada de los viandantes.
Aportes a la ciencia
Si bien el paso del tiempo y la oscuridad de la Edad Media hicieron que muchos conocimientos de la Antigüedad se perdieran para siempre, no son pocos los conocimientos atribuidos a Arquímedes que han logrado llegar hasta nuestros días. Entre los más destacados tenemos los siguientes:
1. Principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes es, seguramente, el legado más famoso e importante del griego. De forma totalmente accidental, Arquímedes descubrió la manera de calcular el volumen de cualquier objeto, tuviera o no una forma regular.
Este principio reza que todo cuerpo sumergido, parcial o totalmente en un fluido (líquido o gas) recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado por el objeto. Es decir, que en función del volumen del objeto el fluido subirá más o menos, independientemente del peso del objeto mismo.
ste principio no solo permitió conocer el volumen de cualquier objeto sino que, además, fue clave para perfeccionar la flotación de los barcos, los salvavidas, los submarinos y los globos aerostáticos, inventos que, aunque muy posteriores a Arquímedes, no existirían sin sus hallazgos.
2. Principio de la palanca
Antes de que se inventaran las modernas grúas para mover objetos pesados era necesario usar la fuerza bruta. Construir edificios era una tarea que necesitaba mucha mano de obra y, a veces, era imposible construirlos por falta de hombres.
Por fortuna, Arquímedes encontró la solución usando uno de los principios más básicos y fundamentales de la física y la mecánica. Observó que poniendo un objeto en un extremo de una tabla equilibrada adecuadamente con un punto de apoyo se podía mover cualquier cosa con relativo esfuerzo.
3. Avances en las matemáticas
Son muchos los avances matemáticos que se atribuyen a la figura de Arquímedes. Entre ellos están calcular de forma precisa el número Pi, hacer las primeras aproximaciones al sistema de cálculo infinitesimal y descubrir que la relación entre el volumen de una esfera y el cilindro en el que se encuentra es 2:3, algo que así fue representado en su tumba en su honor.
4. Método mecánico
Otro de los aportes más interesantes de Arquímedes fue la inclusión de un método puramente mecánico en el razonamiento y argumentación de problemas geométricos, algo inaudito en su época. Hasta aquel entonces la geometría era considerada una ciencia puramente teórica y lo común era pensar que las matemáticas puras se descendieran a otras ciencias más prácticas que pudieran ser más útiles para fines bélicos y civiles.
Arquímedes, en un escrito dirigido a su amigo Eratóstenes, indica que con su método mecánico puede abordar cuestiones matemáticas a través de la mecánica. También indica que es más fácil construir la demostración de un teorema geométrico si se tiene un conocimiento práctico previo en vez de hipotetizar de forma teórica. Este nuevo método de investigación vendría a ser el precursor de la etapa informal del descubrimiento y formulación de hipótesis propio del método científico actual.
5. El odómetro
Por sorprendente que pueda parecer, Arquímedes inventó el primer cuentakilómetros. Conocido como odómetro fue un aparato construido basado en el principio de una rueda que, cuando gira, activa unos engranajes que permiten calcular la distancia recorrida.
6. El primer planetario
Basándose en lo dicho por muchos escritores clásicos, entre ellos Cicerón, Ovidio, Claudiano, Marciano Capela, Casiodoro, Sexto Empírico y Lactancio se considera que Arquímedes inventó el primer planetario.
Seguramente construyó dos, de acuerdo con Cicerón. Uno de ellos representaba a la Tierra y varias constelaciones cercanas a ella, mientras que otro, que solo tenía una rotación, representaba al Sol, la Luna, los planetas que realizaban los movimientos propios e independientes con relación a las estrellas fijas
7. El tornillo de Arquímedes
Arquímedes inventó un tornillo que permitía transportar agua de abajo a arriba a través de una pendiente. De acuerdo con Diodoro, este invento facilitó el riego en las tierras fértiles del río Nilo en el antiguo Egipto, puesto que las herramientas tradicionales implicaban movilizar mucho esfuerzo humano.
Este cilindro poseía en su interior un tornillo de la misma longitud que mantenía interconectado un sistema de hélices que realizaban un movimiento rotatorio impulsado manualmente por una palanca giratoria. Así, las hélices lograban empujar cualquier sustancia de abajo hacia arriba, formando una especie de circuito sin fin.
8. La garra de Arquímedes
La garra de Arquímedes, también llamada la mano de hierro, fue una de las armas de guerra más temibles creadas por el matemático, crucial en la defensa de Sicilia contra las invasiones romanas.
Se trataba de una gran palanca que tenía un gancho de agarre unido a la palanca por medio de una cadena que colgaba de ella. A través de esta palanca se manipulaba el gancho de manera que se precipitara sobre el barco enemigo, con la enganchándolo y haciendo que o bien se volcara o chocara contra las rocas de la orilla.
Ibn al-Haytham
Ibn al-Haytham (Alhazen, 965-1040): Físico árabe cuyos trabajos en óptica y la metodología científica influyeron en el desarrollo de la física.
La historia de cómo descubrimos los secretos de la luz es curiosa.
Empieza con el ojo, el cual ha sido objeto de interpretaciones conflictivas desde la antigüedad.
Muchos médicos y filósofos antiguos creían en la idea del ojo activo, según la cual nuestros ojos disparaban partículas infinitamente rápidas que iluminaban todo lo que estaba en nuestro camino, y era así como podíamos ver. Esa era la llamada teoría de la emisión o extromisión, en la que creyeron grandes pensadores como Platón y Ptolomeo, así como el gran médico del siglo II Galeno.
La idea cambió gracias a un erudito árabe llamado Hasan Ibn al-Haytham, conocido como Alhazen, nacido en 965 d.C. en Basora, hoy ciudad iraquí.
Alhazen se jactaba de que podía domar el río Nilo construyendo un dique que evitaría las inundaciones.
Mientras todavía estaba en Basora, afirmó que las aguas de inundación del otoño del Nilo podrían ser controladas con un sistema de diques y canales, y preservadas hasta las sequías del verano.
Cuando el califa egipcio al-Ḥākim (quien reinó de 996 a 1021 y fue también conocido como "El califa loco") se enteró de sus atrevidas afirmaciones, lo invitó a Egipto a hacerlas realidad.
Pero al llegar a El Cairo, Alhazen se dio cuenta de que su esquema era completamente impráctico desde una perspectiva de ingeniería.
En lugar de admitir su error ante el peligroso califa, decidió fingir que estaba loco para eludir un terrible castigo.
El califa se enfureció y ordenó que lo encarcelaran.
La luz en medio de la sombras
Irónicamente, el fracaso en cumplir con la tarea que le encomendó el califa fue lo que le garantizó el tiempo y aislamiento que Alhazen, como muchos estudiosos antiguos y modernos, necesitaba para concentrarse en sus estudios.
Fue durante esos sombríos días de encarcelamiento en Egipto entre 1011 y 1021 que hizo su deslumbrante descubrimiento. En medio de la oscuridad de su celda, un rayo de luz se colaba por un diminuto hueco, proyectando una imagen del mundo exterior sobre la pared opuesta.
Alhazen hizo experimentos que probaron que la luz viaja en línea recta y crea imágenes cuando llega a nuestros ojos.
Además inventó la cámara estenopeica y hay quienes le acreditan el descubrimiento de las leyes de la refracción.
También llevó a cabo los primeros experimentos sobre la dispersión de la luz en sus colores constituyentes y estudió las sombras, arcoíris y eclipses; y al observar la forma en que la luz del Sol se difractaba a través de la atmósfera, pudo calcular una estimación bastante buena para la altura de la atmósfera, que encontró en unos 100 km.
Alhazen registró sus descubrimientos en un colosal "Libro de Óptica" de 7 volúmenes.
Grande entre los grandes
Alhazen no sólo fue el primer científico en dar una explicación correcta de cómo vemos los objetos, sino que la probó experimentalmente y utilizó las matemáticas para describir y probar este proceso, algo que ningún otro científico había intentado antes.
Así que en el campo de la óptica, Isaac Newton -considerado como padre de la óptica moderna-, trabajó sobre los hombros de este gigante que vivió 700 años antes.
Un gigante que además ha sido señalado como el padre del método científico moderno.
Tal como se define comúnmente, es el enfoque para investigar fenómenos, adquirir nuevos conocimientos o corregir e integrar conocimientos previos, basado en la recopilación de datos a través de la observación y la medición, seguido de la formulación y prueba de hipótesis para explicar los datos.
Aunque a menudo se afirma que Francis Bacon y René Descartes establecieron el método científico moderno a principios del siglo XVII, Alhazen lo hizo primero.
De hecho, con su énfasis en los datos experimentales y la reproducibilidad de los resultados, a menudo se lo menciona como el "primer científico verdadero del mundo".
Un rayo de luz
Alhazen sólo fue liberado después de la muerte del califa.
Regresó a Basora donde compuso otras 100 obras sobre varios temas de física y matemática.
Trabajos suyos descubiertos en el siglo XX y XXI indican que había desarrollado lo que se conoce como mecánica celeste, que explica las órbitas de los planetas, lo que conduciría al trabajo eventual de europeos como Copérnico, Galileo, Kepler y Newton.
De manera que aún se está revelando cuán grande es la deuda que los físicos modernos le deben a ese árabe que hace mil años le dedicó toda su atención a un rayo de luz.
Renacimiento y Siglo XVII
Nicolás Copérnico
Nicolás Copérnico (1473-1543): Astrónomo polaco que propuso el modelo heliocéntrico del sistema solar.
Nicolás Copérnico, cuyo nombre real era Mikołaj Kopernik, nació el 19 de febrero de 1473 en Toruń, Polonia (entonces parte de Prusia). Su padre era un exitoso comerciante, pero tras su muerte, hacia 1483, Copérnico fue adoptado por Lucas Watzelrode, su tío materno. Watzelrode se convirtió más tarde en obispo de Warmia, y se esperaba que el joven Nicolaus siguiera una carrera en la iglesia. Sin embargo, primero estudió astronomía en la Universidad de Cracovia y luego medicina y astrología en la Universidad de Bolonia. Su amplia formación en artes liberales incluía también matemáticas, filosofía e historia.
Sus viajes continuaron cuando dio clases de matemáticas en Roma en el año 1500, tras lo cual se dirigió a la Universidad de Padua para continuar sus estudios de medicina. Finalmente, en 1503, se doctoró en derecho canónico en la Universidad de Ferrara. Esta amplia formación le serviría para sus futuras investigaciones, pero quizás sean las observaciones astrológicas que realizó durante su estancia en Bolonia las que realmente le orientaron hacia la resolución de los problemas de los cuerpos celestes y sus movimientos.
Copérnico regresó a Polonia en 1506, donde actuó como médico de su tío, quien también lo nombró canónigo de la iglesia (aunque nunca llegó a ser sacerdote), un cargo que le obligaba a recaudar las rentas, administrar los bienes y supervisar las finanzas del obispado de Frombork (también conocido como Frauenburg). A pesar de estos deberes mundanos, Copérnico nunca olvidó la astronomía, y siguió dedicándose a este campo de estudio en su tiempo libre.
Nicolás Copérnico fue un astrónomo polaco que propuso que la Tierra y los demás planetas giraban alrededor del Sol en un sistema heliocéntrico y no como se pensaba entonces, en un sistema geocéntrico en el que la Tierra era el centro.
La teoría heliocéntrica de Copérnico no era una idea totalmente nueva, ya que varios eruditos anteriores habían propuesto un sistema heliocéntrico, pero Copérnico teorizó además un nuevo orden para los planetas en términos de su distancia al Sol, que la Tierra orbita el Sol una vez cada año y que la Tierra gira completamente sobre su propio eje cada día.
Estas ideas eran contrarias a las de la Iglesia católica, que consideraba a la humanidad y a la Tierra como el centro propio y real del universo de Dios. La principal obra de Copérnico, De Revolutionibus Orbium Coelestium (Sobre los giros de los cuerpos celestes), publicada el mismo año de su muerte, tuvo una reacción moderada y no supuso un vuelco revolucionario de la visión del mundo en el universo, como se suele afirmar. Sin embargo, el trabajo del astrónomo condujo poco a poco a otras investigaciones de científicos y matemáticos posteriores que acabaron por demostrar que el sistema heliocéntrico de Copérnico con una Tierra que giraba, aunque no era perfecto, era correcto.
Observación de los cielos
En sus estudios de los cielos, Copérnico tuvo que enfrentarse a varios problemas que dividían las opiniones de los astrónomos. Persistía la idea, propuesta por primera vez por Aristóteles (384-322 a.C.), de que los planetas se movían de manera uniforme a través de un medio indefinido de esferas invisibles, siempre a distancias fijas de un punto central, la Tierra. Esto significa que el universo debe estar formado por una serie de esferas concéntricas. Desgraciadamente, esta teoría no se ajustaba a la experiencia de ver una variación en el brillo de los planetas en el cielo nocturno. ¿Cómo podían entonces los planetas estar siempre a la misma distancia de la Tierra?
Había otro antiguo problema en el campo, esta vez consecuencia de las teorías de Claudio Ptolomeo (c. 100-170 d.C.). Ptolomeo proponía que los planetas se movían dentro de una pequeña órbita circular propia (epiciclo), mientras seguían una órbita mayor (deferente) alrededor de un punto central fijo, la Tierra (ecuante) o, para Ptolomeo, un punto ligeramente alejado de ella.
El problema de esta teoría es que iba en contra de la idea tradicional y aparentemente intocable de que los planetas se movían uniformemente y a una distancia constante de la Tierra en una órbita circular. Si se juntan el esquema de esferas concéntricas de Aristóteles y el esquema de órbitas dentro de órbitas de Ptolomeo, entonces las esferas que contenían los planetas se tambalearían y en algún momento colisionarían, lo que no es una posibilidad para un universo ordenado.
En el siglo XIII, los astrónomos persas intentaron resolver este enigma combinando dos epiciclos que giraran uniformemente uno alrededor del otro. Esto crearía un punto oscilante y explicaría por qué los planetas cambiaban de distancia con respecto a la Tierra. Copérnico conoció y estudió todas estas teorías, pero su complejidad parecía artificiosa para explicar un modelo original que quizá era en sí mismo defectuoso. Si se cambiara el punto equinoccial central, tal vez el comportamiento físico de los planetas quedaría más claro, y la teoría que lo explicaba, mucho más sencilla.
La solución heliocéntrica
Copérnico trabajó durante tres décadas en sus teorías sobre la relación entre la Tierra y los cuerpos celestes visibles en el cielo nocturno. Todavía no se había inventado el telescopio, pero observando los eclipses de luna y el movimiento de los planetas y las constelaciones, acabó por encontrar una explicación a lo que veía, quizá hacia 1514. Además, Copérnico utilizó muchas observaciones de astrónomos anteriores, algunas de las cuales no eran del todo precisas.
En 1514, Copérnico recibió una invitación para asistir al Quinto Concilio de Letrán, lo que demuestra que era activo y respetado en el campo de la astronomía. Allí debía exponer sus puntos de vista sobre las reformas propuestas para el calendario (importante para los días sagrados de la Iglesia), pero que hacía tiempo que no estaba sincronizado con la posición del Sol en un día determinado. El famoso astrónomo no llegó a asistir.
El resultado final de su investigación fue nada menos que alucinante para la comunidad académica europea y, especialmente, para la jerarquía de la Iglesia católica. Copérnico propuso que el punto central del universo no era la Tierra con todos los demás cuerpos girando a su alrededor. Más bien, la Tierra era un planeta que orbitaba alrededor del Sol, el verdadero punto central de nuestro sistema solar.
De la misma manera, no eran los cuerpos celestes como Marte, Venus y las estrellas los que giraban alrededor de la Tierra, sino la Tierra girando sobre su propio eje y orbitando alrededor del Sol, lo que explicaba sus movimientos a través del cielo en una sola noche y a lo largo de un año. Además, Copérnico sugirió que la Tierra daba una sola vuelta sobre su eje en un día y tardaba un año en orbitar alrededor del Sol. Además, los cambios relativamente pequeños en el ángulo del eje de la Tierra a lo largo del tiempo explicaban la precesión de los equinoccios, es decir, el desplazamiento gradual de las constelaciones en el cielo nocturno a lo largo del tiempo, un fenómeno conocido desde la antigüedad.
La razón por la que planetas visibles como Mercurio y Venus solo mostraban un pequeño movimiento en el cielo nocturno era porque orbitaban dentro de la órbita terrestre del Sol. Asimismo, los movimientos, a menudo extraños, de los planetas Marte, Júpiter y Saturno podían explicarse ahora como debidos a su posición más allá de la órbita de la Tierra, donde giraban alrededor del Sol a un ritmo más lento. De este modo, Copérnico pudo demostrar que los planetas entonces observables estaban en el siguiente orden a partir del Sol:
Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno.
Todas estas ideas radicales fueron presentadas en De Revolutionibus Orbium Coelestium (Sobre los giros de los cuerpos celestes), una obra de seis volúmenes que no se publicó hasta 1543.
El retraso podría deberse a la preocupación del autor por la reacción del público, pero es mucho más probable que todavía estuviera luchando con los detalles y problemas de las matemáticas. De hecho, el propio Copérnico declaró que era un matemático que escribía para los matemáticos, y pocos fuera del campo habrían entendido su contenido.
El cambio en el título original, que sustituyó "cuerpos del mundo" por "cuerpos celestes", sugiere que el autor intentaba minimizar el enfoque en el mundo real y concentrarse en las matemáticas teóricas.
La reacción a De Revolutionibus
Sin embargo, aún quedaban bastantes problemas por resolver. La teoría de Copérnico había acabado con la explicación predominante del fenómeno observable de la gravedad, es decir, que las cosas caían al suelo porque la Tierra estaba en el centro del universo. Otro problema era que Copérnico aún no se daba cuenta de que las órbitas planetarias no eran círculos perfectos. El astrónomo alemán Johannes Kepler (1571-1630) formuló posteriormente que las órbitas eran elípticas.
Más problemático aún que estas cuestiones de física, las ideas de Copérnico iban totalmente en contra de la visión tradicional del lugar de la humanidad en el universo, tal y como la proponía la Iglesia católica. La idea de que la Tierra era el punto central y que el Sol y la Luna orbitaban a su alrededor (el modelo antropocéntrico) estaba en consonancia con la idea de que la humanidad era también el centro, de hecho, el punto entero de la existencia del universo tal y como fue creado por Dios. La idea de que la Tierra era el centro del universo conocido se remontaba a la antigüedad y era difícil de cambiar (aunque algunos pensadores antiguos habían propuesto un sistema heliocéntrico).
Afortunadamente para Copérnico, aunque ocurrió sin su permiso, Andreas Osiander (1498-1552), el ministro luterano que había supervisado la publicación de De Revolutionibus, había insertado un prefacio en el que se afirmaba que la obra pretendía ser una ayuda teórica para los matemáticos y no una presentación de cómo era el universo en la realidad. Este punto de vista estaba en consonancia con la época, ya que la astronomía y las matemáticas se consideraban materias teóricas. Una obra como el De Revolutionibus no podía intentar seriamente cambiar la visión general del mundo físico, ya que eso se consideraba entonces una tarea de la filosofía natural. El prefacio y la separación tradicional de las materias académicas de la época pueden haber salvado la obra y la memoria de Copérnico (que había muerto en Frombork poco antes de la publicación, el 24 de mayo de 1543) de la ira total de la Iglesia Católica.
La reacción a la teoría de Copérnico fue más bien discreta, e incluso el pequeño grupo de estudiosos de la astronomía, que era el público al que iba dirigida, apenas reaccionó. Sin embargo, fue una obra de combustión lenta y, como los científicos posteriores empezaron a explorar los mismos temas y a buscar tablas astronómicas cada vez más precisas, la obra de Copérnico pasó a primer plano unos años después de su publicación. Tanto es así que el reformista Martín Lutero (1483-1546) denunció el De Revolutionibus. Hacia 1616, era más conocido y condenado como herético por las autoridades eclesiásticas, que lo catalogaron como libro prohibido.
A pesar del intento de la cristiandad de ocultar las teorías de Copérnico bajo la alfombra eclesiástica, su obra inició un largo proceso para determinar científicamente la naturaleza de nuestro sistema solar y su lugar en el universo. A lo largo de los siglos siguientes, grandes pensadores como Galileo (1564-1642) e Isaac Newton (1642-1727) contribuirían a aumentar los conocimientos sobre el movimiento y las propiedades de los planetas, las lunas y las estrellas. En este sentido, Copérnico fue uno de los primeros protagonistas de la revolución científica iniciada en el Renacimiento. En honor a su contribución a este proceso y a la astronomía moderna, uno de los mayores cráteres de la Luna lleva el nombre de Copérnico.
Galileo Galilei
Galileo Galilei (1564-1642): Físico y astrónomo italiano que realizó importantes contribuciones en la dinámica y el uso del telescopio para observaciones astronómicas.
Galileo Galilei nació en Pisa, Italia, el 15 de febrero de 1564. Su familia pertenecía a la nobleza menor, pero estaba bastante venida a menos. Galileo heredó el interés por la ciencia de su padre, Vincenzo Galilei (1520-1591), que escribió tratados basados en sus experimentos prácticos sobre la ciencia musical. Vincenzo podría haber sido aclamado en el mundo de la música, pero ganaba dinero como comerciante de telas, ya que la familia de su esposa y madre de Galileo, Giulia, se dedicaba a ese oficio.
A partir de 1581, Galileo estudió medicina en la Universidad de Pisa, pero lo que más le atrajo fue la parte de matemáticas del curso (que entonces formaba parte de la educación tradicional en medicina). Tanto es así que abandonó Pisa sin graduarse y aceptó un puesto de profesor de matemáticas en Florencia. Galileo quería dejar su huella y sus estudios privados dieron lugar a su primera contribución al acervo de conocimiento cada vez mayor de la Revolución científica. Galileo estudió la acción de los péndulos y elaboró su teoría del movimiento constante. Su dominio de las matemáticas era tal, que en 1589 obtuvo una plaza en ese campo en la Universidad de Pisa; tres años más tarde, fue nombrado profesor de matemáticas en la Universidad de Padua.
Fue en Padua donde Galileo entabló una amistad de por vida con el filósofo Cesare Cremonini (1550-1631). Galileo también conoció a Marina Gamba en Padua, y aunque nunca se casaron, tuvieron tres hijos juntos: Virginia (n. 1600), Livia (n. 1601) y Vincenzio (n. 1606). Galileo nunca estuvo lejos de los apuros económicos, y complementaba sus escasos ingresos de profesor universitario con clases particulares y algún que otro horóscopo detallado. En 1613, cuando sus hijas alcanzaron la adolescencia, Galileo, incapaz de vivir abiertamente con su amante, ingresó a Virginia y Livia en un convento de monjas fuera de Florencia (ambas se hicieron monjas al alcanzar la madurez). Galileo ayudó económicamente a sus hijas en el convento, comprándoles mejores habitaciones y suministrándoles alimentos cultivados en su propia finca para complementar la escasa comida del convento. Virginia, conocida entonces como María Celeste, fue de gran ayuda para su padre en su vejez.
Galileo Galilei fue un matemático, físico, astrónomo y filósofo de la naturaleza italiano. Creó un telescopio superior con el que realizó observaciones novedosas del cielo nocturno, en particular que la superficie de la Luna tiene montañas, que Júpiter tiene cuatro lunas satélites y que las manchas solares del Sol, bajo observación cuidadosa, revelan que es una esfera en movimiento.
Además de la astronomía, Galileo realizó muchos otros experimentos científicos a lo largo de su vida, ya que estaba muy interesado en la física. El científico, que puso a prueba antiguas teorías y elaboró otras nuevas tras meticulosos experimentos, cayó en desgracia ante la Iglesia Católica por cuestionar la visión ptolemaica o geocentrista del universo. Declarado culpable de herejía en un juicio celebrado en 1633, Galileo se vio obligado a vivir sus últimos años bajo arresto domiciliario en su villa de la Toscana. Sus descubrimientos y, sobre todo, su enfoque de la experimentación y la comprobación de hipótesis hicieron de Galileo una figura influyente en la revolución científica.
De la teoría a la práctica: Una nueva ciencia
Las matemáticas fueron cruciales para que Galileo comprendiera el universo. Pero Galileo era un pensador polifacético interesado en cualquier disciplina del pensamiento que le proporcionara respuestas a los problemas que deseaba resolver.
En resumen, Galileo «no era más (¡ni menos!) matemático de lo que era músico, artista, escritor, filósofo o artesano... a Galileo le habría ido bien en cualquiera de varias profesiones» (ibid).
Fue en la década de 1590 cuando Galileo empezó a alejarse de los estudios puramente matemáticos para dedicarse a la experimentación, aunque la historia de que dejó caer balas de cañón desde la Torre inclinada de Pisa es apócrifa. Rechazando la antigua concepción aristotélica de la física, Galileo estudió temas como la aceleración uniforme, la inercia y la mecánica en su taller privado. Descubrió todo tipo de hechos físicos sorprendentes, como que un objeto que cae tiene la misma aceleración independientemente de su peso (lo que significa que, si se elimina la resistencia del aire, dos objetos que caen, aunque tengan distinto peso, chocarán contra el suelo al mismo tiempo), que un proyectil sigue una parábola en su trayectoria de un punto a otro y que un cuerpo que se desplaza sobre una superficie perfectamente lisa rueda a velocidad constante y, en el vacío, lo haría indefinidamente. Galileo utilizó este último punto para explicar un antiguo problema. Si la Tierra gira alrededor del Sol, ¿Cuál es la causa de su movimiento? Galileo demostró que, suponiendo que Dios la hubiera puesto en marcha en la Creación, no era necesaria ninguna fuerza continua.
Galileo se interesó profundamente por la astronomía y, a partir de 1597, inició una correspondencia duradera con otro gran pensador y astrónomo, Johannes Kepler (1571-1630). Estos dos hombres encontrarían las pruebas físicas para confirmar las controvertidas teorías de Nicolás Copérnico (1473-1543) y enterrar finalmente las anticuadas de Ptolomeo (que vivó aproximadamente del año 100 al 170 d.C). Copérnico creía que la Tierra giraba alrededor del Sol, mientras que Ptolomeo creía que el Sol giraba alrededor de la Tierra (una opinión favorecida por la Iglesia). Galileo rechazó los métodos de trabajo tradicionales del astrónomo medieval, que consistían en crear meticulosos gráficos y tablas utilizando complejas matemáticas, y en su lugar centró su telescopio en la observación directa y el descubrimiento. En este sentido, «Galileo cambió fundamentalmente la noción de lo que era la astronomía» (Burns, 63).
El telescopio de Galileo
El primer telescopio se inventó en los Países Bajos hacia 1608, quizás por Hans Lippershey (1570-1619). La sencilla idea de utilizar una lente convexa y otra cóncava en cada extremo de un tubo pronto se extendió por Europa y llegó a oídos de Galileo en uno o dos años. Galileo construyó su propia versión utilizando lentes magníficas, que talló él mismo (aunque no quiso decir a nadie exactamente cómo). Tras pasar por varios prototipos, Galileo llegó a un telescopio con un aumento de 33 diámetros, mucho más potente que cualquiera de los que poseían sus contemporáneos.
El telescopio de Galileo, que él llamaba occhiale («anteojo»), tenía dos lentes colocadas en los extremos de un tubo de plomo de unos 60 cm de largo. Era tan potente y estaba tan bien fabricado que a otros científicos les costaba creer lo que Galileo afirmaba ver a través de él, ya que sus propios telescopios no lograban detectar lo que el italiano podía ver. Galileo llegó a inventar unos binoculares, pero la idea no prosperó.
Otros artilugios de los que Galileo inventó las primeras versiones son el termómetro (en realidad, un termoscopio), una balanza hidrostática y una brújula (lo que hoy llamaríamos una brújula militar o de sector). Pero fue el telescopio el que revolucionó el pensamiento en el siglo XVII.
Galileo utilizó su nuevo telescopio para estudiar los cielos con enorme detalle, y publicó el fruto de sus investigaciones en Sidereus Nuncius (El mensajero sideral) en 1610. Pudo observar la Luna y observar que su superficie parecía similar a la de la Tierra, con montañas y valles, lo que sugería que no estaba hecha, como muchos pensaban, de una materia totalmente diferente. Además, divisó por primera vez las cuatro lunas más grandes de Júpiter (ahora sabemos que hay más), estudió la composición de la Vía Láctea e identificó las fases de Venus, lo que demostró que orbita alrededor del Sol. Galileo construyó teorías a partir de lo que veía, como que el movimiento de las lunas de Júpiter debía significar que orbitaban alrededor de Júpiter (y no de otro cuerpo como el Sol) y creía (correctamente) que al igual que podemos ver el brillo de la Luna, en la Luna debería poder verse el brillo de la Tierra, es decir, la luz reflejada del Sol. Estos nuevos descubrimientos hicieron a Galileo tan famoso como Cristóbal Colón (1451-1506), el descubridor del Nuevo Mundo, con quien, como descubridor de un nuevo Cosmos, Galileo fue comparado frecuentemente.
Sin embargo, el descubrimiento más importante de Galileo no fueron los detalles de la Luna o los satélites de Júpiter, sino su observación de las manchas solares en el Sol, utilizando su telescopio. Las manchas solares ya se habían observado en la Antigüedad, pero ahora Galileo podía, con el uso de filtros, ver cosas que nadie había visto antes.
Para asegurarse un puesto en la corte de Cosme II de Médici, Gran Duque de Toscana (que ocupó el cargo de 1609 a 1621), Galileo llamó ingeniosamente «estrellas mediceas» a las lunas de Júpiter que había descubierto, en honor de la familia Médici. En 1610, Galileo fue nombrado filósofo de la naturaleza y matemático oficial del duque (el primer título le permitía presentar teorías sobre el lugar de la Tierra en el universo, algo que un simple matemático no podía hacer). En 1611, fue admitido en la prestigiosa sociedad científica de Roma llamada Academia dei Lincei. En 1612, su Discurso acerca de los cuerpos flotantes atacó la filosofía natural aristotélica. En 1613, presentó sus teorías pro-Copérnico en Cartas sobre las manchas solares, una obra que le acarreó serios problemas.
El juicio de Galileo
Ptolomeo había presentado la teoría de que la Tierra era el centro del universo y que todo giraba a su alrededor. A la Iglesia cristiana le gustaba esta idea, ya que situaba a la humanidad en el centro de las cosas. Copérnico presentó su teoría de que era el Sol el que estaba en el centro y la Tierra y otros planetas giraban a su alrededor. Esto no gustó a la Iglesia Católica en particular. Cuando Galileo se puso de parte de Copérnico, cuya obra fue incluida en el Índice de Libros Prohibidos de la Iglesia Católica en 1616, se expuso a la posibilidad de una censura formal por herejía. Galileo no negaba la existencia de Dios, pero, quizás lo más importante, se había granjeado muchos enemigos personales a lo largo de los años, además de los institucionales. Hubo, por ejemplo, una enemistad notable con el astrónomo jesuita Christoph Scheiner (1573-1650). Galileo, al parecer, tenía una habilidad especial para molestar a la gente (esta fue una de las razones por las que abandonó Pisa por Padua en 1592).
Su gusto por burlarse de las creencias de los demás y su habilidad para la discusión filosófica, en la que desmontaba dichas creencias, le granjearon tan pocos amigos como los que había tenido Sócrates en la Atenas del siglo V a.C. Por otro lado, Galileo también era bueno ganando amigos y seguidores, ya que era «un enérgico publicista de sus propias ideas y un magnífico comunicador de ideas técnicas» (Henry, 29). En resumen, Galileo era un problema difícil de manejar para la Iglesia.
La mayoría de los astrónomos no estaban realmente interesados en desafiar la ortodoxia religiosa y no consideraban que sus nuevos descubrimientos con telescopios y otros instrumentos pusieran necesariamente en tela de juicio un universo creado como el descrito en la Biblia. Galileo consideraba que la teología y la filosofía de la naturaleza eran temas completamente distintos. Lo que estaba haciendo era demostrar que el mundo físico de la Tierra estaba totalmente relacionado en términos de materia y leyes físicas con lo que podía verse en los cielos. Esto iba en contra de la visión aristotélica tradicional. Al final, los escritos de Galileo no fueron prohibidos por la Iglesia, pero fue apartado y amonestado en privado por el cardenal Roberto Belarmino (1542-1621). Galileo era ya una figura pública, sobre todo porque escribía sus obras en italiano en lugar del latín (más restringido al público) que utilizaban la mayoría de los grandes pensadores. Las obras de Galileo también se tradujeron a otros idiomas poco después de su publicación. En una reunión celebrada el 26 de febrero de 1616, se animó a Galileo a no seguir adelante con sus teorías copernicanas, que parecían contradecir la Biblia.
Así lo hizo durante un tiempo, pero la visión copernicana del universo era cada vez más aceptada a raíz del trabajo de otros astrónomos. También existían posiciones intermedias, como la de Tycho Brahe (1546-1601), que defendía la idea de que el Sol orbitaba alrededor de la Tierra y los demás planetas alrededor del Sol. En resumen, el problema de qué giraba alrededor de qué no iba a desaparecer, por mucho que la Iglesia quisiera ocultar las investigaciones de los astrónomos bajo la alfombra eclesiástica de la doctrina aceptada.
En 1632, Galileo escribió su Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo. En él, hace que dos grandes pensadores, uno ptolemaico y el otro copernicano, discutan sobre qué cuerpos giran alrededor de qué en nuestra galaxia (y a estas alturas, Galileo ya estaba convencido de que lo que podíamos ver a través de un telescopio era solo una galaxia y no el universo entero). Hay un tercer personaje, un pensador neutral que al final se convence de aceptar el modelo de Copérnico.
Curiosamente, el filósofo ptolemaico se llama Simplicio (sospechosamente parecido a «simplón»), y el otro, en realidad el propio Galileo, se llama Salviati (aludiendo a la salvación mediante el conocimiento correcto). El Diálogo fue un paso demasiado lejos para la Iglesia, y Galileo fue acusado de herejía. Fue llevado ante un tribunal para ser juzgado en 1633. Declarado culpable, Galileo tuvo que dejar de promover las teorías copernicanas y fue obligado a permanecer bajo arresto domiciliario en su casa de Florencia durante el resto de su vida. También tuvo que recitar los Salmos Penitenciales una vez a la semana durante los tres años siguientes, un castigo menor pero sin duda molesto para un hombre que valoraba tanto su tiempo.
Puede que Galileo se convirtiera en un enemigo del catolicismo, pero su caso tiene ciertas características únicas, sobre todo la larga serie de enemigos que el científico se había creado y que ahora aprovechaban su oportunidad para vengarse. Como señala el historiador J. Henry, «el asunto Galileo no debe tomarse como indicador general de las relaciones entre ciencia y religión a principios de la Edad Moderna» (86).
Galileo pasó el tiempo que le quedaba diseñando un reloj de péndulo, y escribió un resumen de todo su trabajo en física en Discurso y demostración matemática, en torno a dos nuevas ciencias, terminado en 1638, pero, debido a su juicio y castigo, publicado en Leiden, en los Países Bajos. Con el tiempo, Galileo perdió la vista (el hecho de mirar sin cesar a través de lentes pudo ser la causa) y sufrió artritis. La tranquilidad de su retiro forzoso solo se vio interrumpida por las visitas ocasionales de forasteros como el poeta John Milton.
Galileo siguió adelante con sus estudios, especialmente con el péndulo y el intento de encontrar una ayuda a la navegación que funcionara para los marinos, pero así como su mundo visual se había reducido de las estrellas a la mano que tenía delante de su cara, el final se acercaba. «No me detengo en mis especulaciones, aunque con considerable daño para mi salud, ya que junto con mis otros problemas me privan del sueño, lo que aumenta mi melancolía por la noche» (Heilbron, 348). Galileo murió el 8 de enero de 1642 a los 77 años. Sus restos fueron enterrados en la iglesia de la Sante Croce de Florencia.
Otros pensadores vinieron y construyeron sobre las ideas que Galileo había presentado y muy a menudo las corrigieron. Johannes Kepler creó un nuevo modelo del universo en el que los planetas se movían en órbitas elípticas, no en círculos perfectos como había pensado Galileo. Isaac Newton (1642-1727) descubrió la fuerza de la gravedad, y esto explicaba fenómenos que habían desconcertado a Galileo, como la forma en que los planetas giran, mantienen sus lunas satélites y se mueven a distintas velocidades en función de su distancia al Sol. Sin embargo, Galileo había hecho una contribución mucho más duradera al conocimiento del mundo que cualquier descubrimiento o teoría específicos:
había combinado de forma única la teoría de las matemáticas, las observaciones de la filosofía de la naturaleza y el uso de experimentos repetidos para probar hipótesis. Como consecuencia, creó una metodología de investigación nueva y más rigurosa que se convirtió en el enfoque estándar adoptado por todos los demás pensadores serios durante la revolución científica, un período en el que la ciencia buscó sin descanso respuestas nuevas y definitivas a preguntas que la humanidad se había planteado durante milenios.
Johannes Kepler
Johannes Kepler (1571-1630): Astrónomo alemán conocido por sus leyes del movimiento planetario.
Johannes Kepler nació en 1571 en un pequeño pueblo de la actual Alemania; después se mudó a Leonberg con sus padres en 1576.Su padre era mercenario en el ejercito del duque de Württemberg, por lo que constantemente participaba en combates. La última vez que éste salió de su hogar Johannes tenía cinco años. Se cree que falleció en la guerra contra Holanda. Su madre era hija de un posadero, era curandera y herborista por lo que eventualmente fue acusada de brujería.
El astrónomo nació prematuramente, era hipocondríaco y sufrió toda su vida de una salud frágil. A los tres años contrajo viruela, lo que, entre otras secuelas, debilitó seriamente su vista. Durante su infancia vivió con su madre en la posada de su abuelo. Realizó sus primeros estudios en una escuela de Leonberg y posteriormente en el Seminario protestante de Adelberg. Con la intención de ordenarse como sacerdote, decidió ingresar a la Universidad de Tübingen.
Durante toda su vida, Kepler fue un hombre profundamente religioso. Prueba de ello es que en sus trabajos hace referencia a Dios, y veía sus labores como el cumplimiento de su deber cristiano. Creía que, como el ser humano estaba hecho a la imagen y semejanza de Dios, entonces era capaz de comprender el Universo que éste había creado. También estaba convencido, como Platón, de que Dios había hecho el Universo de acuerdo con un plan matemático.
Atraído por la astronomía
En esa época, los estudiantes universitarios, además de cursar materias como ética, griego y hebreo, tomaban cursos de “matemáticas” que incluían aritmética, geometría, astronomía y música. Kepler tuvo la suerte de que su maestro de astronomía fuera uno de los principales astrónomos de ese momento, Michael Maestlin.
En esa época, la astronomía geocéntrica era la que se estudiaba en Tübingen, que era la versión del sistema Ptolomeico, en el cual los siete astros distintos a las estrellas conocidos hasta entonces, la Luna, Mercurio, Venus, el Sol, Marte, Júpiter y Saturno, se movían alrededor de la Tierra, la cual permanecía inmóvil en el centro del Universo, relata Julieta Fierro, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM.
Cuenta que Kepler fue un alumno sobresaliente, por lo que Maestlin lo eligió para enseñarle astronomía más avanzada, introduciéndolo al nuevo sistema cosmológico heliocéntrico de Copérnico, el cual consistía sólo de seis planetas que giraban alrededor del Sol, quien estaba al centro del Universo.
La Luna era un cuerpo de un tipo hasta entonces desconocido en astronomía y al que Kepler llamó después “satélite”. Kepler se convirtió en un copernicano convencido y mantuvo una estrecha relación con Maestlin durante mucho tiempo.
Mientras Kepler planeaba seguir una carrera religiosa, la escuela de Graz, en Austria, buscaba un profesor de matemáticas, puesto que decidió tomar y dejó Tubinga en 1594. En Graz, publicó almanaques con predicciones astrológicas pues en esa época la distinción entre ciencia y creencia no estaba establecida claramente y se consideraba que el movimiento de los astros era gobernado por leyes divinas.
Kepler estudió del movimiento de los planetas durante la mayor parte de su vida. Partidario del modelo copernicano, intentó demostrar que las distancias entre los planetas y el Sol venían dadas por esferas en el interior de poliedros perfectos o sólidos platónicos, cuerpos geométricos cuyas caras son polígonos regulares iguales. En la esfera interior estaba Mercurio, mientras que los otros planetas -Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno- estarían situados en el interior de los cinco sólidos platónicos correspondientes también a los cinco elementos clásicos: agua, tierra, fuego, aire y éter o quintaescencia.
Su modelo sobre el movimiento de los planetas
En 1600, Kepler se trasladó a Praga invitado por el reconocido astrónomo danés Tycho Brahe, quien durante veinte años realizó las observaciones más precisas y detalladas del Sol, la Luna y los planetas, empleando astrolabios.
Tycho murió en Praga en 1601, unos años antes de la invención del telescopio. Kepler lo sucedió en el puesto de Matemático Imperial y utilizó sus copiosos y valiosísimos datos observacionales para continuar el trabajo que Tycho había iniciado: la determinación de la órbita de Marte, dice Julieta Fierro.
Después de cinco años de un trabajo muy laborioso, Kepler se dio cuenta de que la órbita de este planeta es elíptica (y no circular como se pensaba en esa época) y que el Sol está en uno de sus focos. Esta noción, una vez que se extendió a todos los planetas, se conoce como la primera ley de Kepler.
Meses más tarde descubrió que la línea imaginaria que une al Sol con el planeta recorre áreas iguales en tiempos iguales conforme el planeta recorre su órbita (“La Segunda Ley de Kepler”), es decir, el área se puede usar como medida del tiempo. Estas dos afirmaciones le permitieron encontrar las órbitas de los otros planetas.
Tras varios años, descubrió la tercera ley del movimiento planetario. En ella expresa el hecho de que, al dividir el cuadrado del tiempo que tarda un planeta en dar una vuelta completa alrededor del Sol, entre el cubo de su distancia media al Sol se obtiene siempre el mismo número sin importar cual sea el planeta, explica la astrónoma Fierro.
Kepler murió víctima de fiebre el 15 de noviembre de 1630 en Regensburg, ahora Ratisbona, Alemania.
René Descartes
René Descartes (1596-1650): Filósofo y matemático francés que hizo contribuciones importantes a la mecánica y la óptica.
René Descartes nació el 31 de marzo de 1596 en La Haya, Francia. Su padre era un terrateniente y concejal del Parlamento de Bretaña. A partir de los diez años, el joven Descartes recibió su educación de los jesuitas en el Colegio de La Flèche en la provincia francesa de Anjou, una escuela fundada por Enrique IV de Francia (que reinó de 1589-1610) considerada una de las mejores de toda Europa. Durante su estancia allí, estudió idiomas, lógica, ética, matemáticas, física y metafísica. Más tarde estudiaría en la Universidad de Poitiers, donde obtuvo un título en Derecho al graduarse en 1616. A pesar de tener lo que muchos en su época considerarían una educación excelente, a excepción de las matemáticas que consideraba simples, obvias y lógicas, acabaría cuestionando seriamente las enseñanzas de sus maestros.
Fue a una de las escuelas más célebres de Europa, pero acabó lleno de dudas y, tras un intento fallido de autoinstruirse, no tardó en descubrir lo que consideró que era su propia ignorancia. Las ideas tanto de Galileo (1564-1642) como de Copérnico (1473-1543) tuvieron una gran influencia en él, y la visión heliocéntrica del universo de ambos, según la cual el sol, no la tierra, era el centro del sistema solar. Con esto, Descartes se embarcó en un largo camino que cambiaría la naturaleza misma de la filosofía para las generaciones venideras.
Durante el siglo XVII, Europa estaba viviendo un cambio crucial en las áreas de la ciencia y la filosofía. Antes de la afirmación de Descartes del concepto de duda y de la transición al racionalismo, la filosofía aristotélica y el escolasticismo dominaban el pensamiento occidental, pero la ciencia inició una ruptura con esta ideología tradicional para pasar a una basada en el poder individual de razonamiento. Con esta nueva manera de pensar, iniciada por Descartes, se vio que el viejo concepto del empirismo según el cual el conocimiento se adquiría mediante los sentidos o la experiencia era poco fiable.
La ciencia ponía un gran énfasis en la observación, la experimentación y la razón. Y fue esta última la que le permitió a Descartes cuestionar todo lo que le habían enseñado a creer y motivar su búsqueda de la verdad. Sirviéndose tan solo del poder de la razón, intentaría demostrar su propia existencia.
Descartes empezó su búsqueda cuando se ofreció como voluntario en los ejércitos tanto de los Países Bajos como de Alemania y viajó por toda Europa. Mientras estaba estacionado en la provincia alemana de Bavaria, vivió una experiencia que cambiaría su vida por completo. El 10 de noviembre de 1619, para escapar del frío, se refugió en una habitación pequeña, calentada tan solo con un horno de cerámica. Como no tenía mucho más que hacer, se pasaba los días meditando. Una noche, tuvo tres sueños vívidos. Al despertarse, consideró que estos sueños eran visiones que indicaban que el mundo natural era un único sistema en el que las matemáticas eran la clave. Se preguntó si la certeza de las matemáticas se podía aplicar a otras áreas del conocimiento.
Después de salir del ejército, y por miedo a la persecución de la Iglesia católica, se pasó la mayor parte del resto de su vida en los Países Bajos, un país que ofrecía una mayor libertad de expresión que cualquier otro lugar de Europa. Ocupado con las visiones que había recibido en Bavaria, empezó a buscar un sistema de pensamiento nuevo. El elemento básico de este nuevo sistema era la búsqueda de la verdad. Descartes creía que se podía llegar a la verdad mediante el concepto de la duda.
Descartes trasladó la cuestión de la duda a las áreas que describiría después en su dualismo cartesiano así como la prueba ontológica de la existencia de Dios. Es en esas áreas en las que recibió la mayor parte de las críticas. Para Descartes, un individuo es una combinación de cuerpo y mente. Ambos son necesarios para la percepción, la memoria, la imaginación y la emoción. Sin embargo, según su noción de dualismo, la mente y el cuerpo están separados y son distintos; la mente es una cosa que piensa y no es física, mientras que el cuerpo es físico, ocupa un espacio. La mente podría existir sin el cuerpo; por tanto, la mente y el cuerpo no pueden ser la misma cosa. En Meditaciones IV escribió: "...hay una gran diferencia entre mente y cuerpo, en tanto que el cuerpo es, por naturaleza, siempre divisible, mientras que la mente es completamente indivisible". (101) La racionalidad humana se basa en la distinción entre el cuerpo y la mente. La mente tiene que contener ideas innatas existentes antes de la experiencia, porque es la experiencia la que causa el "demonio" de la duda.
Algunos de sus contemporáneos lo criticaron como un camino traicionero que conducía a un lugar peligroso: el ateísmo. En 1663, cuatro años después de su muerte, el Santo Oficio de la Iglesia católica condenó cuatro de sus libros y los incluyó en la lista de libros prohibidos. Años más tarde, el teólogo reformista holandés Gisbert Voetius criticaría tanto su Discurso del método como su carácter, tildándolo de vanidoso, vengativo, "peripatético" y ambicioso.
Aunque muchos cuestionan el "cómo", Descartes creía que Dios existía y tenía la intención de demostrarlo. Su demostración ontológica difiere muy poco de las propuestas por filósofos anteriores como Anselmo. Descartes se dio cuenta de que era un ser imperfecto, perecedero y finito, pero en su mente existía el concepto de un ser infinito, eterno, inmortal y perfecto en todos los sentidos. Eso era Dios. Creía que no podía haberse inventado el concepto de Dios y que, por lo tanto, Dios existía como un ser sin falta.
En 1649, a petición de la reina Cristina de Suecia, Descartes se trasladó a Estocolmo a enseñarle filosofía. Por desgracia, la reina era madrugadora, al contrario que Descartes que prefería dormir hasta tarde, una práctica que había mantenido desde su época en el Colegio de La Flèche. Levantarse a las 5 de la mañana para las clases, tres veces por semana, resultó fatal, ya que contrajo neumonía y murió en febrero de 1650.
16 años después de su muerte, los restos de Descartes, a excepción de su cabeza y un dedo, saldrían de Estocolmo para acabar descansando en París. En 1667 se lo enterró en el cementerio de la Iglesia de St Genevieve du Mont. Años más tarde volverían a trasladarlo, todavía sin la cabeza ni el dedo, para volver a enterrarlo en la Abadía de Saint-Germain-du-Pres. Mientras que sus restos pudieron descansar por fin, aunque hay quienes siguen discutiendo sobre la localización de su cabeza (supuestamente está en un museo de París), no hay ninguna duda de que Descartes sería recordado por sus contribuciones tanto a la ciencia como a la filosofía.
Parte de este legado fue la búsqueda de toda una vida de la verdad y el conocimiento. Este nuevo concepto del racionalismo, a pesar de hundir sus raíces en Platón, era una búsqueda del conocimiento o de la verdad sirviéndose del poder de la razón en vez de la información sensorial. Era una extensión de la lógica matemática, un rechazo de la creencia aristotélica en el empirismo que llevaba tanto tiempo aceptada. Esta noción innovadora de la búsqueda individual de la verdad a través de la habilidad de cada uno de razonar continuaría siendo la base de la filosofía durante más de 300 años. En su propia época, Descartes influyó a otros racionalistas como Spinoza y Leibniz. Aparte de la filosofía, sus escritos, especialmente en el área de geometría, inspirarían tanto a Newton como a Leibniz y su desarrollo del cálculo.
Isaac Newton
Isaac Newton (1643-1727): Físico y matemático inglés cuyas leyes del movimiento y la ley de la gravitación universal sentaron las bases de la mecánica clásica.
nació en 1643 en el seno de una familia puritana inglesa. Su infancia no fue feliz: su padre murió antes de su nacimiento, y a los tres años su madre lo dejó con su abuela para casarse con un clérigo anglicano, aunque cuando el niño contaba once años, su madre enviudó de nuevo y volvió con él. No es extraño que el joven Isaac se criara como un niño tímido e introvertido.
A los doce años fue a una escuela local, donde al parecer prefería jugar con las niñas, para las que fabricaba ingenios a modo de juguetes, un anticipo de la destreza que mostraría más tarde para construir artilugios tan complejos como un telescopio de refracción. Al mismo tiempo, el niño tímido era capaz de pelearse con un chico mayor del colegio, «agarrarlo por las orejas y estamparle su cara contra un lado de la iglesia». Sin duda, fue en esos años cuando se forjó el carácter reservado, en cierta medida paranoico, hipersensible y vengativo que Newton mostraría toda su vida.
A los 19 años, Newton llegó a la Universidad de Cambridge e ingresó en el Trinity College, la principal residencia para estudiantes y profesores. A lo largo de sus años de estudiante en esa universidad adquirió una enorme competencia en el dominio de las matemáticas de su época, que le llevaría más tarde a realizar una contribución tan fundamental como el desarrollo del cálculo infinitesimal, en paralelo al filósofo alemán Gottfried Leibniz, con quien mantendría una sonada polémica.
Newton se formó bajo la tutela de Isaac Barrow, a quien, una vez completados sus estudios, sucedería en la cátedra de matemáticas, que ejerció desde 1669 hasta 1696. La cátedra lucasiana, como se la conoce en referencia a su fundador, Henry Lucas, siempre ha estado ocupada por científicos influyentes y poderosos, incluido, en tiempos recientes, el físico Stephen Hawking.
La forja de un genio
Newton se formó en los años en que triunfaba en toda Europa la revolución científica, ligada a autores como Kepler, Galileo, Descartes, Borelli, Hobbes, Gassendi, Hooke y Boyle, cuyas obras estudió con atención. Newton comenzó siendo un seguidor de Descartes, como lo era todo aquel que estuviera interesado en la renovación de la filosofía natural y mecánica lo era.
En particular, el poder de la matemática de Descartes fascinó a los científicos de esa misma generación; también a Newton. Pero, a diferencia de otros, Newton tuvo un pensamiento propio y no se dejó arrastrar ni siquiera por una filosofía tan atractiva como la de Descartes, y así, ya en la década de 1660, criticó en sus escritos la concepción cartesiana del movimiento y desarrolló una teoría alternativa sobre la naturaleza de la luz y los colores.
En 1672 Newton ingresó en la Royal Society, una institución fundada en Londres en 1660 que reunía a los principales científicos ingleses, y ese mismo año presentó ante sus miembros una memoria titulada Nueva teoría de la luz y los colores, en la que explicaba la relación entre la luz blanca solar y los colores del arcoíris. Estudiosos anteriores, como Descartes y Huygens, creían que la luz propiamente dicha era la luz blanca, la cual estaba formada por partículas que se difundían en ondas. Los colores, por su parte, se consideraban propiedades de las superficies del material sobre el que incidía la luz.
Sin embargo, Newton, a través de una serie de experimentos realizados con prismas, llegó a la conclusión de que los colores eran propiedades de la misma luz, y que la luz blanca no era sino la combinación de rayos de luz de diversos colores. La luz no era, pues, el resultado de la vibración de ningún éter material, sino una sustancia con propiedades.
Estas ideas no gustaron a Robert Hooke, un influyente miembro de la Royal Society que había dedicado todos sus esfuerzos a desarrollar la tesis de Descartes y Huygens. Su dura crítica a la memoria presentada por Newton fraguó entre ellos una enemistad que duraría décadas. Newton no perdonó a Hooke, se refugió en Cambridge, cortó sus relaciones con la Royal Society y sólo regresó formalmente a ella como presidente el año de la muerte del detestado Hooke, en 1703.
Rencoroso e implacable, Newton se apresuró a borrar todas las huellas del trabajo de Hooke en la Royal Society, incluidos sus retratos. En 1704 publicó su Óptica, escrita en inglés y que recogía su interpretación corpuscular de la luz, un triunfo sobre los cartesianos ingleses de la época.
La gravitación universal
Newton aplicó con éxito las matemáticas a los problemas de la mecánica, en particular a todo lo referente al movimiento de los planetas del sistema solar. Desde Copérnico se sabía que todos los planetas, incluida la Tierra, giran en torno al Sol, y desde entonces se había acumulado una gran masa de observaciones sobre la mecánica celeste, pero seguía habiendo fenómenos sin explicar.
Uno de ellos era el movimiento curvilíneo de los planetas en torno al Sol, o el problema más general de los movimientos circulares. Por una parte, los trabajos de Kepler –que nadie ponía en duda– probaban que los planetas giraban en torno al Sol describiendo no órbitas circulares, sino elipses, y ello con una velocidad areolar constante, esto es, barriendo siempre la misma superficie en una misma unidad de tiempo. Pero ¿cómo eran solicitados (atraídos) por el Sol para poder realizar esa trayectoria?
Descartes había formulado la hipótesis de que todo el espacio del universo estaba lleno de una infinidad de corpúsculos y que el Sol generaba torbellinos de materia que arrastraban a los planetas y les llevaban a describir esas órbitas elípticas. Pero parecía difícil demostrar esa imagen intuitiva mediante un cálculo matemático. En sus días en Cambridge, Newton dio con una solución al problema: imaginó que una fuerza unía el Sol con cada uno de los planetas y que esa fuerza tiraba de ellos de forma que los obligaba a girar describiendo órbitas.
Dicho así era solo una imagen, pero, a diferencia de la propuesta cartesiana, Newton aportaba una demostración cuantitativa de la fuerza en acción. En efecto, la célebre ley de la gravedad de Newton establecía que la fuerza de atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. De este modo, mediante cálculos geométricos, Newton pudo demostrar que el resultado de esa acción era una trayectoria elíptica.
Las mieles del éxito
Cuando Newton hizo pública su teoría, toda la sociedad ilustrada británica se sintió interesada por su trabajo. El astrónomo y viajero Edmund Halley se había trasladado a Cambridge en verano de 1684 para conocer los cálculos de Newton, y a partir de entonces surgió entre los dos cierta amistad. En 1686, Halley convenció a Newton de que debía publicar su compendio de mecánica, pese a que éste, temiendo las críticas, incluso llegó a pensar en destruirlo.
Finalmente, en 1687 se publicó el tratado de nombre Principios matemáticos de la filosofía natural , conocido habitualmente por la primera palabra latina de su título, Principia . El idioma en que estaba escrito, el latín, indicaba el público al que se dirigía: expertos en matemáticas y en mecánica, astrónomos, filósofos y universitarios.
Si la óptica le había dado amarguras a Newton, la mecánica le resarciría con creces. Su interpretación gravitatoria permitía explicar todos los fenómenos físicos del universo en virtud de una fuerza que concibió como universal: las manzanas caen por la misma causa que se mueven los planetas o regresan los cometas. Algunos objetaron que la teoría de la gravitación suponía una acción a distancia entre los cuerpos, algo que repugnaba a la razón.
El propio Newton reconocía que una acción a distancia de ese tipo «es un absurdo tan grande que no creo que pueda caer jamás en él ningún hombre que tenga facultad y pensamientos de alguna competencia en asuntos filosóficos», y decía estar convencido de que la gravedad debía ser causada por un agente, aunque no sabía cuál, ni si era material o inmaterial. En realidad, los escrúpulos filosóficos carecían de importancia frente al éxito que tuvo el sistema de Newton para calcular y predecir el curso de cualquier tipo de cuerpo celeste, desde la Tierra y la Luna hasta los cometas.
Por ejemplo, Halley, apoyándose en los cálculos de Newton y las observaciones previas, predijo que el cometa avistado en 1682 –hoy llamado cometa Halley– regresaría en torno al año 1758, como así ocurrió. Tras la publicación de los Principia , Newton disfrutó de las mieles del éxito. En 1689 fue elegido diputado en el Parlamento de Inglaterra (aunque parece que no se mostró muy activo en su labor política: se cuenta que su única intervención fue para pedir a un ujier que cerrara una ventana que dejaba pasar una corriente de aire).
En 1696 abandonó Cambridge y se trasladó a Londres para asumir la dirección de la Casa de la Moneda, la institución encargada de acuñar la moneda del reino. En 1703 fue elegido presidente de la Royal Society y su influencia se acrecentó hasta llegar a la categoría de personaje público. Mantuvo el control sobre lo que ocurría en Cambridge, e incluso en Oxford, y su mecánica comenzó a estudiarse en esas universidades. Sus teorías se difundieron por toda Europa a través de libros de divulgación como los de su discípulo Desaguliers o el holandés Gravesande. Y tras su muerte su fama no hizo sino acrecentarse en toda la Europa ilustrada.
Alquimista y teólogo
Dada la inmensa reputación de que gozó Newton como padre de la ciencia moderna, se comprende la sorpresa que causó el descubrimiento, en la década de 1930, de una enorme cantidad de manuscritos suyos dedicados a asuntos en apariencia tan poco científicos como la alquimia, la cábala, la teología natural y la interpretación de textos bíblicos. El mismo hombre que desarrolló el cálculo infinitesimal y estudiaba las leyes de la mecánica se dedicó en cuerpo y alma a realizar experimentos alquímicos con sustancias misteriosas a las que dio nombres tan pintorescos como «el león verde», o bien con nombres de planetas, como Júpiter y Saturno.
El economista John Maynard Keynes, que adquirió buena parte de estos manuscritos en 1936, escribió al respecto: «Newton no fue el iniciador de la edad de la razón. Fue el último de los magos, el último babilonio y sumerio, la última gran mente que miró al mundo de lo visible y del intelecto con idénticos ojos que aquellos que iniciaron la edificación de nuestra herencia intelectual hace 10.000 años [...] ¿Por qué le llamo mago? Porque miró al universo y todo lo que hay en él como si fuera un enigma, un secreto que puede ser leído aplicando el pensamiento puro a ciertas evidencias, ciertas claves místicas sobre el mundo que Dios ha dejado a la vista para la caza del tesoro de cierto tipo de filósofos de la hermandad esotérica.
Él creía que esas claves podían hallarse, en parte, en las evidencias de los cielos y en la constitución de los elementos (eso favoreció que se tuviera la falsa impresión de que era un filósofo natural experimental)». Sin embargo, cabe señalar que el interés por la alquimia era muy corriente entre los científicos del siglo XVII que deseaban investigar la naturaleza de la materia. Por ejemplo, Robert Boyle, gran precursor de la química moderna y colega de Newton en la Royal Society, fue también un alquimista impenitente.
No menos sorprendente resulta la cantidad de tiempo y energías que Newton dedicó a sus estudios sobre religión y teología. El genial matemático escribió miles de páginas en las que estudiaba las profecías bíblicas, la cronología de los reinos judíos o la estructura del templo de Salomón. Una vez se atrevió incluso a calcular la fecha de la segunda venida de Cristo, que situó en el año 2060. Asimismo, estudió a fondo la Biblia para demostrar que en el texto original no había referencias a la Trinidad, un dogma cristiano que consideraba falso, pues en determinado momento llegó a la convicción de que sólo Dios padre tenía naturaleza divina, y no Jesucristo ni el Espíritu Santo.
En realidad, el interés de Newton por la teología no puede separarse enteramente de su sistema científico, en el que se presuponía la existencia de un Dios que fijaba las leyes inamovibles del mundo físico. Por eso no debe sorprender su respuesta a la paradoja de las estrellas fijas. Cuando se le preguntó por qué todos los cuerpos materiales se atraen, pero las estrellas parecen estar fijas en el cielo a pesar de ser cuerpos materiales, su respuesta fue teológica: Dios las mantiene en su sitio como un gigantesco atlante.
Siglo XVIII y XIX
James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell (1831-1879): Físico escocés que formuló la teoría del electromagnetismo, unificando así la electricidad, el magnetismo y la luz.
James Clerk Maxwell nació en Escocia en 1831. Desde pequeño, denotó grandes dotes en las ciencias y en la filosofía por lo que, fiel a sus capacidades como docente, su madre decidió explotar todo el potencial del niño desde casa. Así fue que, con tan solo 7 años, Maxwell ya había devorado algunas de las grandes obras de la literatura científica y naturalista. Sin embargo, la prematura muerte de su madre por un cáncer abdominal – el mismo que menos de 50 años tarde se llevaría también la vida de su hijo- dejó al pequeño Maxwell sin una guía educacional.
La tutela del niño pasó a manos de su padre y de su tía, quienes lo apuntaron a la Academia de Edimburgo para que formalizara sus estudios y se formara en un centro de categoría. Pero, como era de esperar, su llegada no fue muy bien recibida por sus compañeros, quienes se burlaban de forma constante de la educación “doméstica” de Maxwell y de su acento propio del interior de Escocia. Sin embargo, esto nunca pareció entorpecer el camino del científico, quien dejó entrever una gran pasión por la geometría y las matemáticas, área en la que fue premiado por sus grandes dotes con solo 13 años.
Pero eso era solo el comienzo, y es que con 14 años redactó su primer artículo científico, al que tituló Oval Curves y en el que plasmaba diferentes métodos geométricos con los que trazar óvalos y que, hasta ese momento, eran desconocidos. Sin embargo, su corta edad le limitó a la hora de exponer su paper, pues se decretó que era demasiado joven para ello, por lo que un representante lo hizo en su lugar.
Con tan solo 16 años, el joven Maxwell abandonó la Academia para matricularse en la Universidad de Edimburgo en Matemáticas. Como no tenía excesivas dificultades para seguir las clases, podía dedicar su tiempo libre a seguir investigando por su cuenta. De hecho, esos estudios individuales le llevaron a la publicación de su segundo artículo, con tan solo 16 años. Una vez más, debido a su edad no se le permitió defender su trabajo, y un profesor tomó su puesto en ese cometido.
En el año 1850, cuando tan solo tenía 19 años, pasó a la Universidad de Cambridge, en la cual deslumbró a todos sus compañeros y profesores con sus espectaculares dotes para la física. En cuatro años obtuvo su licenciatura en esa misma disciplina, pero los problemas de salud de su padre le obligaron a renunciar a la plaza que se le estaba ofreciendo en el prestigioso Trinity College de Cambridge.
EL COLOR Y LOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS
Sin embargo, ya en su Aberdeen natal, Maxwell se incorporó como profesor al Marischal College. Durante este periodo, aprovechó su tiempo para centrarse en un problema que llevaba resistiéndose a los científicos desde hacía casi 200 años: la naturaleza de los anillos de Saturno. Y es que, en aquel momento, no se sabía como podían permanecer estables, sin romperse, unificarse o irse a la deriva. De esa forma, tras dos años de investigación, Maxwell determinó que los anillos estaban compuestos por unas partículas determinadas, a las que llamó “brick-bats” y que conseguían otorgarle esas características.
En 1860, se le presentó la oportunidad de optar a una cátedra como profesor de filosofía natural en el King’s College de Londres. Sin dudarlo, Maxwell hizo las maletas y se mudó a la capital británica para iniciar un periodo que pasaría a ser el más productivo de su vida. Allí desarrolló teorías sobre el color, que incluían explicaciones sobre la forma en la que es percibido y cómo es posible dar forma a todas las tonalidades a partir de tres simples colores primarios. Estos descubrimientos fueron base para el desarrollo posterior de las primeras fotografías a color.
Cinco años después, en 1865, Maxwell volvió a revolucionar el mundo de la ciencia, esta vez en el ámbito del electromagnetismo. Con la publicación de su obra A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field, demostró que el campo magnético y el eléctrico viajaban a través del espacio adoptando la forma de ondas y a una velocidad similar a la de la luz. La unificación de los fenómenos luminosos y electromagnéticos le permitió predecir la existencia de las ondas de radio, bases de la radioastronomía en la actualidad. A día de hoy, sus trabajos en este ámbito se siguen considerando como una de las mayores aportaciones a la física a lo largo de la historia.
PRIMER PROFESOR DE FÍSICA EN CAVENDISH
A comienzos de la década de 1871, Maxwell fue nombrado como el Primer profesor Cavendish de Física en Cambridge, los famosos laboratorios de experimentación. Se trató de un momento en el que se puso a cargo del centro, dirigiendo todos los proyectos de física que se llevaban a cabo en su interior y teniendo a su cargo la gestión del material de laboratorio. Además, durante este periodo dedicó su investigación a estudiar las propiedades de los gases, contribuyendo al desarrollo de una distribución que conseguía describir en sólo una fórmula y de forma estadística la energía cinética de los gases. Esta teoría se utiliza aun a día de hoy y responde al nombre de Distribución de Maxwell-Boltzman.
Lamentablemente, Maxwell falleció a la corta edad de 48 años debido a un cáncer abdominal: la misma enfermedad que había matado a su madre a esa misma edad. Es apasionante cómo un solo hombre, en menos de medio siglo, consiguió dejar una huella tan grande en el mundo científico, sembrando un legado a sus espaldas que aún permanece imbatible hasta día de hoy.
Michael Faraday
Michael Faraday (1791-1867): Científico británico conocido por sus trabajos en electromagnetismo y electroquímica.
Michael Faraday nació el 22 de septiembre de 1791 en Newington Butt, una población en las cercanías de Londres, Inglaterra, en el Reino Unido. Fue el tercero de los cuatro hijos de James Faraday y Margaret Hastwell, una pareja cristiana sandemaniana de escasos recursos.
Cuando Michael tenía 5 años de edad, su familia se mudó a Jacob’s Well Mews, en Londres, donde su padre obtuvo empleo de herrero. Michael asistió irregularmente a una escuela religiosa y aprendió los rudimentos de la lectoescritura y el cálculo. La escasa educación formal fue una constante a lo largo de su vida, por lo que se formó básicamente de manera autodidacta.
A sus 8 años, Michael comenzó a trabajar como mensajero de George Riebau, un encuadernador y vendedor de libros de su barrio, quien acabó tomándolo como aprendiz a los 14 años de edad. Allí, el futuro científico trabajó por siete años, durante los cuales tuvo acceso a todo tipo de lecturas y descubrió su afán por el conocimiento científico. La electricidad, en especial, le resultaba intrigante.
De allí en adelante, en sus tiempos libres, Michael se dedicaba a realizar experimentos sencillos, empleando materiales cotidianos. Incluso logró una precaria pila voltaica y llevó a cabo sus primeras observaciones sobre la relación entre materia y electricidad. Esa misma curiosidad científica lo llevó más adelante a asistir a las conferencias del químico inglés Humphry Davy (1778-1829), miembro de la Royal Institución, así como a las de John Tatum (1772–1858), fundador de la Sociedad Filosófica de Londres.
Pero fue a través de Davy que el joven obtuvo sus primeras oportunidades como científico. Alrededor de 1812, Michael recopiló sus apuntes tomados durante las conferencias a las que había asistido y le entregó a Davy casi trescientas páginas repletas de ideas y observaciones sobre el estudio de la electricidad. Al año siguiente, tras sufrir un accidente que le dañó gravemente la vista, el químico decidió tomar a Faraday como su pupilo y ayudante.
A partir de 1813, Faraday se desempeñó como asistente científico de Humphry Davy y lo acompañó durante su viaje de dos años por el continente. Aunque las condiciones de su contratación le imponían también algunas tareas de sirviente, ese viaje fue fundamental para su carrera, pues le permitió familiarizarse con las grandes ideas científicas de la época.
Faraday se desempeñó como asistente de Davy durante cinco años más. Estos años formativos lo familiarizaron con la ciencia experimental y las técnicas de laboratorio, al punto de poder llevar a cabo sus propias investigaciones.
Así, en 1820 se produjeron sus primeros descubrimientos, vinculados a la producción de los primeros compuestos de cloro y carbono conocidos a partir del llamado “gas olefiante”, o sea, el etileno (C2H4). Esas sustancias fueron el hexacloroetano (C2Cl6) y el tetracloroetileno (C2Cl4), y fueron las primeras en la historia en obtenerse a partir de reacciones de sustitución.
Estos primeros hallazgos le ganaron a Faraday cierto renombre dentro de la comunidad científica y le confirmaron que había dado con su vocación. Sin embargo, esto no lo apartó de la fe cristiana. Faraday continuó siendo un hombre devoto durante toda su vida. De hecho, en 1821, en la iglesia sandemaniana conoció a su futura esposa, Sarah Barnard, con quien se casó ese mismo año. La pareja no tuvo hijos.
En los años posteriores, los estudios de Faraday se centraron en las aleaciones del acero, las lentes ópticas y los gases de iluminación. A partir de estos últimos, en 1825, Faraday logró aislar y describir por primera vez en la historia el benceno (C6H6), lo que le valió el ingreso a la Royal Society. En ese entonces inventó también una variante temprana del mechero Bunsen.
Sin embargo, sus grandes descubrimientos estaban aún por venir y revolucionarían el mundo de la física.
Los descubrimientos sobre la relación entre electricidad y magnetismo del científico danés Hans Christian Oersted (1777-1851) y luego del francés André-Marie Ampère (1775-1836), durante la década de 1820, fueron de suma importancia para Faraday. Desde joven, él había sentido una honda fascinación por los fenómenos eléctricos.
En resumen, Oersted había descubierto que al fluir una corriente eléctrica por un cable se producía un campo eléctrico a su alrededor, y Ampère había demostrado que dicho campo magnético tenía forma circular alrededor del cable. Faraday, por su parte, fue el primero en comprender lo que esto significaba: si podía aislarse un polo magnético, tendría que rotar continuamente alrededor del cable por el cual circulaba la corriente. A esto lo llamó “rotación electromagnética”.
Con esa conclusión en mente, Faraday diseñó y construyó un aparato que permitía convertir la energía eléctrica del cable en energía mecánica, aprovechando el empuje de rotación del campo magnético. De esta manera, inventó el primer motor eléctrico de la historia, conocido actualmente como “motor homopolar”.
El joven científico publicó sus trabajos en 1821, sin consultar a quien todavía en ese entonces era su mentor. Previamente, Humphry Davy había intentado construir un aparato semejante y había fracasado. Esto tensó enormemente las relaciones entre maestro y aprendiz, y causó una gran polémica dentro de la Royal Society.
En consecuencia, durante los siguientes años, Davy apartó a su discípulo del electromagnetismo y lo relegó al estudio del mejoramiento óptico. Gracias a ello, Faraday descubrió un cristal de muy alto índice refractivo, que más adelante emplearía para descubrir el diamagnetismo.
Tras la muerte de Davy, Faraday retomó sus experimentos sobre electricidad. Su visión de este fenómeno, distinta a la de sus contemporáneos, entendía el paso de la corriente eléctrica por el cable no como el del agua por un tubo, sino más bien como una suerte de vibración del material transmisor.
Con ello en mente, en 1831, Faraday se asoció al físico británico Charles Wheatstone (1802-1875), con quien estudió la naturaleza del sonido. Estas experiencias con la acústica lo ayudaron a comprender más tarde el fenómeno de la inducción eléctrica a través de uno de sus más famosos experimentos.
A finales de 1831, Faraday llevó a cabo varios experimentos que lo llevarían a descubrir la inducción electromagnética y a formular la ley que la describe, conocida hoy en día como “ley de Faraday”.
En su primer experimento, tomó un grueso aro de hierro envuelto en un lado por un cable y en su extremo conectó una batería. A la vez, conectó un cable al otro lado del aro de hierro y lo ató a un galvanómetro. Si su hipótesis era precisa, al cerrar el circuito del cable conectado a la batería, el aro de hierro se convertiría en un electroimán e induciría una corriente en el otro circuito, que sería registrada por el galvanómetro. Eso fue exactamente lo que ocurrió.
Entusiasmado por su hallazgo, decidió entonces probar si era posible inducir una corriente eléctrica usando un imán convencional. Repitió su experimento, esta vez haciendo pasar un imán por el aro envuelto en cables, como si fuera una bobina. La corriente eléctrica volvió a aparecer, y Faraday comprendió entonces que el movimiento de un campo magnético podía producir electricidad. La inducción eléctrica había sido descubierta.
Su tercer experimento consistió en hacer rotar un disco de cobre entre los polos de un poderoso imán con forma de herradura, generando así una pequeña cantidad de corriente continua. A este aparato se lo conoció como el “disco de Faraday” y fue el primer dínamo o generador eléctrico de la historia.
La descripción de Faraday de este fenómeno dio origen a la llamada “ley de Faraday”, que sirvió de base para los estudios de James Clerk Maxwell (1831-1879) al respecto. Además, estos hallazgos le valieron a Faraday el doctorado honorario de la Universidad de Oxford en 1832.
En 1832, la comunidad científica se preguntaba si las distintas formas comprobadas en que se manifestaba la electricidad (la generada por la pila voltaica, la generada por un electroimán, la de ciertos peces bioeléctricos, entre otras) eran formas distintas del entonces llamado “fluido eléctrico” o eran simplemente facetas de una misma cosa. Faraday, convencido de que eran formas distintas de una misma fuerza, se dedicó a comprobarlo.
Para ello, se dedicó a estudiar la descomposición electroquímica, o sea, la separación de las moléculas de un compuesto a través del uso de la corriente, algo que hoy en día conocemos como “electrólisis”. Faraday se dio cuenta de que la acción electrolítica de la corriente se daba únicamente cuando la electricidad pasaba directamente por el medio en que se hallaba la sustancia y que sus efectos dependían de la cantidad de electricidad circulante.
Con sus observaciones, Faraday sentó las bases para una nueva teoría de la electroquímica. Propuso que la electricidad dejaba las moléculas en un estado de tensión (que bautizó como “estado electrotónico”) y que los átomos, posteriormente, migraban a un electrodo u otro a través de los cuales se suministraba la corriente, de acuerdo a su afinidad eléctrica: positiva o negativa.
En consecuencia, Faraday propuso sus dos leyes de la electrólisis, que son:
Primera ley de Faraday de la electrólisis: el peso de una sustancia depositada en un electrodo durante la electrólisis es proporcional a la intensidad de la corriente que circula por él y al tiempo durante el cual esta circula.
Segunda ley de Faraday de la electrólisis: el peso de una sustancia depositada en un electrodo durante la electrólisis es proporcional al peso equivalente (o masa equivalente) de la sustancia.
Al unir sus observaciones sobre la electrólisis con sus pasadas experiencias en la investigación de la inducción eléctrica, Faraday llegó a una importante conclusión: dependiendo del material con que esté hecha la materia, tendrá una mayor o menor receptividad para la inducción eléctrica. Y esta era, por lo tanto, la distinción entre un material conductor y uno no conductor de electricidad.
A partir de estos hallazgos, Faraday propuso una nueva teoría general de la acción eléctrica. La electricidad, fuera lo que fuera, generaba tensiones en la materia que podían transmitirse en forma de ondas en las sustancias conductoras, pero no en las aislantes, porque estas eran mucho más resistentes a esas tensiones. Por consiguiente, Faraday concluyó que los distintos tipos de electricidad en realidad eran una sola, y que lo que variaba eran sus efectos sobre los distintos materiales.
Luego de ocho años de intensa y exitosa experimentación científica, Faraday acumuló nombramientos de distintas academias científicas de Europa: de Suecia, Prusia, Alemania, Hungría, Austria y Francia, entre otras. También le fue otorgada la Medalla Copley dos veces (1832 y 1838) y fue invitado a presidir la Royal Society en varias oportunidades, a lo cual siempre se negó por motivos religiosos.
En 1839, Faraday sufrió un colapso nervioso y se entregó a seis años de reposo, durante los cuales no realizó mayores investigaciones. Sin embargo, en 1845, nuevos hallazgos impulsaron su ya exitosa carrera científica.
El retorno de Faraday a la ciencia se produjo en 1845, en parte gracias a la correspondencia que sostuvo en ese entonces con el joven escocés William Thomson (1824-1907), posteriormente conocido como Lord Kelvin. El joven había estudiado la obra de Faraday y tenía nuevas ideas que proponerle.
Los primeros experimentos de esta nueva etapa de Faraday combinaron su experiencia con la electricidad y la óptica. Empleando el cristal refractario que había desarrollado más de dos décadas atrás, estudió el efecto del campo magnético sobre los haces de luz polarizada. Así, descubrió que con un campo magnético podía afectar el sentido de propagación de la luz, un fenómeno hoy en día conocido como “efecto Faraday”.
Faraday interpretó este hallazgo como la confirmación de una de sus primeras hipótesis científicas: que las fuerzas naturales no son sino facetas distintas de una misma y única fuerza, es decir, que todas las fuerzas fundamentales son una sola.
Convencido de que toda la materia, por lo tanto, tendría que reaccionar de algún modo ante los campos magnéticos, experimentó con los más diversos materiales. Descubrió que, a grandes rasgos, algunos materiales adecuaban sus estructuras moleculares a las líneas de fuerza del campo magnético, mientras que otros lo hacían de manera perpendicular.
Es decir: las sustancias del primer tipo experimentaban atracción por el campo magnético, mientras que las del segundo tipo experimentaban repulsión por el campo magnético. A las primeras las bautizó como “paramagnéticas” y a las segundas, como “diamagnéticas”. Faraday concluyó que los materiales paramagnéticos conducían el magnetismo mejor que el medio circundante, mientras que los diamagnéticos lo hacían peor.
Esta aproximación al fenómeno del diamagnetismo resultó revolucionaria: por primera vez en la historia, el espacio no era considerado como la “nada”, sino como un medio capaz de transmitir ondas eléctricas y magnéticas. De este modo, las fuerzas físicas no estaban contenidas exclusivamente dentro de la materia, sino dispersas en el espacio a su alrededor. Así nació la llamada “teoría de campos”.
En 1846, los nuevos hallazgos de Faraday le valieron la Medalla Real y la Medalla Rumford. Años más tarde, poco antes de su fallecimiento, recibió también la Medalla Albert (1866). Además, en 1848, le fue otorgada una casa en Hampton Court, en Middlesex, adonde se retiró diez años después. También le fue otorgado un título nobiliario, que rechazó.
En 1855, sin embargo, Faraday comenzó a perder sus facultades mentales. Continuó con sus experimentos cada vez más ocasionalmente, centrado en la idea de transformar unas fuerzas naturales en otras, sobre todo la gravedad. La Royal Society se negó a publicar sus resultados negativos y, de a poco, Faraday quedó al margen del mundo científico.
Finalmente, a los 75 años de edad, Faraday falleció en su casa de Middlesex, en Londres, el 25 de agosto de 1867. Si bien fue sepultado en el cementerio de Highgate, de acuerdo a su expresa voluntad, se colocó una placa con su nombre en la Abadía de Westminster, cerca de la tumba de Isaac Newton (1642-1727).
La obra científica de Faraday fue determinante para la física y la química modernas, y sirvió de base para numerosos investigadores posteriores. Su nombre figura entre los científicos más relevantes de la historia y, en 1935, le fue otorgado, en su honor, a un cráter de impacto en la región sur de la Luna.
Ludwig Boltzmann
Ludwig Boltzmann (1844-1906): Físico austríaco cuyas investigaciones en mecánica estadística y termodinámica fueron fundamentales.
Boltzmann fue un científico austríaco que hizo importantes aportes en teoría cinética de los gases. Fundó la mecánica estadística al combinar métodos estadísticos con leyes deterministas. Postulaba la existencia de los átomos en una época en que la teoría atómica aún no había sido aceptada.
Buscó establecer cómo la interacción de los átomos determina las propiedades visibles de la materia tales como presión, densidad, viscosidad. Aplicó estas ideas a la termodinámica, buscando demostrar que la segunda ley, la de la entropía, que se regía por fluctuaciones, también podía ser estudiada con métodos estadísticos. La termodinámica es la rama de la física que estudia la interacción entre el calor y la energía; habiendo pérdida de energía en toda producción de calor, nació de la necesidad de controlar la pérdida de calor en las primeras máquinas de vapor, energía que se pierde. De allí nace el concepto de entropía, que para Boltzmann, se origina en el crecimiento del desorden que el calor produce a nivel atómico; este es su aporte más profundo. Ludwig Boltzmann nació en 1844 en Viena, en 1867 se doctoró en Física, ocupó distintas cátedras y enseguida se destacó como una autoridad en mecánica estadística. Algunos científicos contemporáneos lo atacaron pues no admitían que hubiera leyes de la naturaleza que no fueran por completo deterministas. Se quitó la vida en 1906. El motivo del suicidio se cree relacionado con el rechazo de sus ideas por parte de la comunidad científica.
La termodinámica, ya desarrollada, trataba con métodos muy eficientes los problemas de intercambio de energía entre sistemas físicos. Boltzmann, consideraba estos sistemas formados por millones de átomos, cuyo comportamiento conjunto se podía llegar a predecir mediante métodos estadísticos.
Esto anticipaba una de las ideas básicas de la física cuántica: los sistemas intercambian energía de una forma discreta, no continua. Max Planck, en 1900, que en un principio no había aceptado estas ideas, no tuvo más remedio que utilizar los métodos estadísticos de Boltzmann para poder resolver el problema del espectro del cuerpo negro, resolución que puede ser considerada como el trabajo fundacional de la mecánica cuántica. Fue Planck además quien escribió por primera vez, en la forma en que se conoce actualmente, la relación de proporcionalidad que Boltzmann había establecido entre la entropía de un sistema y el número de formas de ordenación posibles de sus átomos constituyentes: S = K Log W, donde K es la constante de Boltzmann, W el número de formas de ordenación posibles y S la entropía del sistema.
Planck pasó a ser uno de los más firmes defensores de las ideas de Boltzmann. Pocos meses después de la muerte de éste, Albert Einstein publicó, en 1906, su famoso artículo sobre el movimiento browniano (movimiento aleatorio de partículas diminutas suspendidas en un fluido), en el que utilizó los métodos de la mecánica estadística para explicar dicho movimiento y propuso métodos cuantitativos que contribuirían de forma decisiva a la aceptación de los átomos como entidades con existencia real.
Dos años después de su suicidio, los trabajos de Jean Perrin (1908-1909) confirmaron la constante de Boltzmann, convenciendo a la comunidad científica de la existencia de los átomos.
En la tumba de Boltzmann, en el cementerio central de Viena, se encuentra grabada la ecuación que describe la entropía, que para él se incrementa casi siempre: S = k log W.
La termodinámica es la única rama de la física que no vio alterados sus conceptos ni por el surgimiento de la mecánica cuántica ni por la teoría de la relatividad. Los desarrollos de Boltzmann sin embargo, a pesar de su inconmensurable aporte, no tienen aceptación unánime todavía en el campo de la ciencia. Ha encontrado un defensor en Ilya Prigogine, Premio Nobel de Química de 1977, quien señala que "la producción de entropía contiene siempre dos elementos dialécticos: un elemento creador de desorden, pero también un elemento creador de orden. Y los dos están siempre ligados".
“El trabajo de una vida de uno de los más grandes físicos teóricos de todos los tiempos, Ludwig Boltzmann, fue hacer la primera interpretación microscópica del aumento de entropía… De igual modo que en el caso de Darwin, evolución, probabilidad y azar, están estrechamente relacionados”. Prigogine asocia a ambos autores en la descripción del papel que juega la auto-organización de la materia en las estructuras de la vida.
Heinrich Hertz
Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) fue un físico alemán nacido en Hamburgo. Hábil experimentador, que construyó un circuito resonante con una cámara de chispas con el que descubrió en 1885 las ondas electromagnéticas que predecían las ecuaciones de Maxwell, demostrando también las propiedades de reflexión de estas ondas y midiendo su longitud.
Cuando finalizó el bachillerato se fue primero a Frankfurt para estudiar ingeniería, pero tenía dudas entre ingeniería y física. Al año siguiente se fue al Politécnico de Dresde y pasó a continuación un año en el servicio militar en los ferrocarriles de Berlín. En 1877 se trasladó al Politécnico de Múnich para estudiar ingeniería pero seguía sin estar convencido de su vocación. Finalmente decidió ir a Berlín para estudiar Física donde fue alumno de Helmholtz y Kirchhoff. Al llegar a Berlín, Hertz se presentó a un premio para resolver un problema sobre la inercia eléctrica que ganó. Helmholtz había sugerido el problema y le gustó el desarrollo de Hertz; es por ello que le animó a que se presentara a otro premio que ofrecía la Academia de Berlín, para comprobar experimentalmente una de las sugerencias de las teorías de Maxwell, pero Hertz no se atrevió en aquel momento.
Después de acabar su tesis doctoral que le llevó solamente tres meses, se quedó como ayudante de Helmholtz en el Instituto de Física de Berlín, puesto en el que estuvo hasta 1880 en el que aceptó un puesto de investigador en la Universidad de Kiel, debido al traslado de Max Planck. Como quiera que en esta universidad no disponía de un laboratorio adecuado, Hertz se concentró en el trabajo teórico sobre meteorología, unidades eléctricas y magnéticas y la teoría de Maxwell.
En el año 1885 Hertz se traslada a Karlsruhe como Catedrático de Física. Mientras estaba en Karlsruhe, Hertz se casó y publicó nueve artículos importantes sobre descarga en gases y radiación electromagnética; de hecho, en 1887, mientras investigaba las descargas eléctricas en los gases, Hertz descubrió que la presencia de luz ultravioleta cambiaba la tensión a partir de la cual se producen las descargas entre dos electrodos metálicos. El fenómeno fue conocido después como efecto fotoeléctrico, porque la luz y otras formas de energía electromagnética de alta frecuencia provocaban la emisión de electrones por los metales (sin embargo las ramificaciones y estudios de este efecto lo harían otros).
En 1888 y por sugerencia de su antiguo maestro Helmholtz, montó un circuito eléctrico oscilante que se descargaba entre dos esferas metálicas separadas por un espacio de aire. Cada vez que el potencial alcanzaba un máximo en una dirección u otra, saltaba una chispa entre las esferas. Con la chispa oscilante, las ecuaciones de Maxwell predecían que podían generarse ondas electromagnéticas; cada oscilación debía producir una onda, de modo que la radiación sería de una longitud de onda extremadamente larga. Hertz utilizó como dispositivo de detección para descubrir la presencia posible de tal radiación, una sencilla espira acabada en dos pequeñas esferas; cuando saltaba una chispa en el circuito oscilante, observó que saltaban también pequeñas chispas entre las esferas de la espira detectora; al colocar la espira detectora por diversos lugares de la habitación del laboratorio, pudo explicar el aspecto de las ondas y calcular su longitud de onda, que comprobó que era de 66 cm, lo que representaba un millón de veces más elevada que la longitud de onda visible. Comprobó que estas ondas tenían componentes de campo eléctrico y magnético. De este modo, demostró la existencia de las ondas electromagnéticas que había sugerido Maxwell en 1873.
En Inglaterra, Lodge confirmó los experimentos de Hertz y Righi en Italia, demostró la relación de las ondas hertzianas con la luz. Este trabajo de Hertz le consagró mundialmente y todas las universidades le ofrecieron trabajo; Berlín quería que sucediera allí a Kirchhoff, pero en diciembre de 1888 se fue como catedrático de Física a Bonn como sucesor de Clausius (también tuvo ofertas de la universidad americana Clark y la universidad de Graz para sustituir a Boltzmann). En Bonn tuvo como ayudante a Philipp Lenard, quien más tarde ganaría el Premio Nobel. Aquí publicó más artículos científicos y libros de electromagnetismo y mecánica.
Su brillante carrera quedó truncada. Hacia 1889 comenzó a tener graves problemas de salud y, aunque no interfirieron con su trabajo, finalmente murió de granulomatosis de Wegener, a los 36 años, en Bonn. Su sobrino Gustav L. Hertz ganó el Premio Nobel, y el hijo de éste, Calr H. Hertz, inventó la ultrasonografía médica.
Las telecomunicaciones deben su existencia a Hertz y es por ello por lo que, como homenaje, la comunidad científica dio su nombre a la unidad de frecuencia, el hertz o hercio, Hz, decisión que en 1930 tomó la Comisión Electrotécnica Internacional.
Siglo XX
Albert Einstein
Albert Einstein (1879-1955): Físico alemán conocido por su teoría de la relatividad y su explicación del efecto fotoeléctrico.
Albert Einstein fue un físico alemán de origen judío, que se nacionalizó después como suizo, austriaco y estadounidense. Tuvo, como muchos otros reconocidos científicos, síndrome de Asperger. Se le considera el científico más importante, conocido y popular del siglo XX. De su carrera el logro más conocido es la teoría de la relatividad general.
En 1905, cuando era un joven físico desconocido, empleado en la Oficina de Patentes de Berna, publicó su teoría de la relatividad especial. En ella incorporó, en un marco teórico simple fundamentado en postulados físicos sencillos, conceptos y fenómenos estudiados antes de Henri Poincaré y por Hendrik Lorentz. Como una consecuencia lógica de esta teoría, dedujo la ecuación de la física más conocida a nivel popular: la equivalencia masa-energía, E = mc². Ese año publicó otros trabajos que sentarían algunas de las bases de la física estadística y de la mecánica cuántica.
En 1915, presentó la teoría de la relatividad general, en la que reformuló por completo el concepto de la gravedad. Una de las consecuencias fue el surgimiento del estudio científico del origen y la evolución del Universo por la rama de la física denominada cosmología . En 1919, cuando las observaciones británicas de un eclipse solar confirmaron sus predicciones acerca de la curvatura de la luz, fue idolatrado por la prensa. Einstein se convirtió en un icono popular de la ciencia mundialmente famoso, un privilegio al alcance de muy pocos científicos.
Por sus explicaciones sobre el efecto fotoeléctrico y sus contribuciones a la física teórica, en 1921 obtuvo el Premio Nobel de Física y no por la Teoría de la Relatividad, pues el científico a quien se encomendó la tarea de evaluarla no la entendió, y temieron correr el riesgo de que luego se demostrase errónea. En esa época aún se consideraba un tanto controvertida.
Ante el ascenso del nazismo, Einstein abandonó Alemania hacia diciembre de 1932 con destino a Estados Unidos, donde se dedicó a la docencia en el Institute for Advanced Study. Se nacionalizó estadounidense en 1940. Durante sus últimos años trabajó por integrar en una misma teoría la fuerza gravitatoria y la electromagnética.
Aunque se considera como el «padre de la bomba atómica», abogó por el federalismo mundial, el internacionalismo, el pacifismo, el sionismo y el socialismo democrático, con una fuerte devoción por la libertad individual y la libertad de expresión. Fue proclamado «personaje del siglo XX» y el más preeminente científico por la revista Time.
En noviembre de 1915, Albert Einstein presentó una serie de conferencias en la Academia Prusiana de las Ciencias en las que describió la teoría de la relatividad general. La última de estas charlas concluyó con la presentación de la ecuación que reemplaza a la ley de gravedad de Isaac Newton. En esta teoría todos los observadores son equivalentes y no únicamente aquellos que se mueven con una velocidad uniforme.
La gravedad no es ya una fuerza o acción a distancia, como era en la gravedad newtoniana, sino una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo. La teoría proporcionaba las bases para el estudio de la cosmología y permitía comprender las características esenciales del Universo, muchas de las cuales no encontraron descubiertas sino con posterioridad a la muerte de Einstein.
La relatividad general Einstein la obtuvo a partir de razonamientos matemáticos, experimentos hipotéticos y rigurosa deducción matemática sin contar realmente con una base experimental. El principio fundamental de la teoría era el denominado principio de equivalencia. A pesar de la abstracción matemática de la teoría, las ecuaciones permitían deducir fenómenos comprobables.
El 29 de mayo de 1919, Arthur Eddington fue capaz de medir, durante un eclipse, la desviación de la luz de una estrella al pasar cerca del Sol, una de las predicciones de la relatividad general. Cuando se hizo pública esta confirmación la fama de Einstein se incrementó enormemente y se consideró un paso revolucionario en la física. Desde entonces la teoría se ha verificado en todos y cada uno de los experimentos y verificaciones realizadas hasta el momento. A pesar de su popularidad, o quizás precisamente por ella, la teoría contó con importantes detractores entre la comunidad científica que no puede aceptar una física sin un sistema de referencia absoluto.
Niels Bohr
Niels Bohr (1885-1962): Físico danés que hizo fundamentales contribuciones a la comprensión de la estructura atómica y la mecánica cuántica.
Niels Henrik David Bohr nació el 7 de octubre de 1885 en la capital de Dinamarca, Copenhague. Considerado como una de las figuras más deslumbrantes de la Física contemporánea y, por sus aportaciones teóricas y sus trabajos prácticos, como uno de los padres de la física atómica.
Sus padres fueron Christian Bohr, quien fue catedrático de fisiología en la Universidad de Copenhague y seguidor del cristianismo luterano, y Ellen Adler quien pertenecía a una familia judía de banqueros y políticos, con buena posición económica y vinculada a la banca danesa.
El joven Bohr cursó los estudios de Física en la Universidad de Copenhague, la universidad de la ciudad donde su padre era profesor y donde consiguió el título de doctor en 1911.
Con el propósito de seguir su formación y dado su creciente interés por la física nuclear, se mudó a Inglaterra para ingresar en el prestigioso Cavendish Laboratory de Cambridge y así ampliar sus estudios. En esta época el laboratorio tenía como director al famoso químico Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón, partícula subatómica de carga negativa, quien recibió el Premio Nobel de Física en 1906.
Pero dado que J.J. Thomson no supo valorar el trabajo de Bohr, ni mostró gran interés en él, Niels decidió viajar a Manchester y seguir con sus estudios en la Universidad de esta ciudad. En esta ocasión su profesor y mentor fue Ernest Rutherford, físico también ganador del Premio Nobel (aunque en este caso de Química) y reconocido por descubrimientos como la estructura o modelo atómico. Su nuevo profesor reconoció sus capacidades y estudios, empezando así una relación tanto profesional como de amistad.Sin romper su amistad con Rutherford, en 1916 regresó a su ciudad natal para trabajar como profesor en la Universidad de Copenhague y se fijó el propósito de recolectar los fondos necesarios para fundar el Instituto Nórdico de la Física Teórica, en el cual, como nos indica el nombre, se centra en la investigación de la Física teórica.
Dada su creciente popularidad y reconocimiento internacional por sus estudios, Bohr pudo conseguir las subvenciones que le eran precisas, ocupando el sitio de director del Instituto Nórdico de 1921 hasta el día de su muerte.
Un año después de ocupar el cargo de director, en 1922 recibió el Premio Nobel de Física como reconocimiento a sus estudios e investigaciones en el ámbito de la física atómica y de la radiación. Hacia 1926 sería premiado con la Medalla Franklin de Física.
La fisión nuclear
En la década de los años treinta, el creciente interés de todos los científicos occidentales por el estudio del interior del núcleo del átomo (con abundante experimentación al respecto) llevó a Bohr al estudio detallado de los problemas surgidos, al tratar de interpretar los nuevos conocimientos adquiridos de forma tan repentina por la física atómica. Fue así como concibió su propio modelo de núcleo, al que comparó con una gota líquida, y propuso la teoría de los fenómenos de desintegración nuclear.
Con ello estaba sentaba las bases teóricas de la fisión nuclear y por supuesto de la bomba atómica. Cabe recordar que la primera fisión nuclear fue conseguida por Otto Hahn y Fritz Strassmann en Berlín de 1938.
El 15 de enero de 1939 llevó las primeras noticias de este logro científico a los Estados Unidos de América, en donde demostró que el isótopo 235 del uranio es el responsable de la mayor parte de las fisiones. En el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Nueva Jersey), durante un fructífero periodo de colaboración con J. A. Wheeler, esbozó una nueva teoría del mecanismo de fisión, según la cual el plutonio tendría idéntico comportamiento al observado en el U-235 en el proceso de fisión nuclear.
Fueron del mismo modo conocidos los debates que sostuvo con el conocido físico Albert Einstein con respecto a las leyes de la Relatividad y la Física Cuántica. Pese a sus diferencias, Einstein afirmó que Bohr era uno de los más grandes investigadores científicos por aquel entonces.
Dadas las crecientes restricciones y avance de los nazis, y por el vínculo que tenía Bohr con los judíos (ya que su madre pertenecía a una familia judía), en septiembre de 1943 decidió huir a Suiza, acompañado de su esposa e hijos huir, posteriormente a Londres y finalmente vivir en los Estados Unidos. Sería en este país donde colaboraría en la fabricación de la primera bomba atómica: Proyecto Manhattan.
Terminada la Segunda Guerra Mundial, en 1945 Niels Bohr regresó a Copenhague, empezando de este modo una campaña para concienciar sobre el uso benéfico de los descubrimientos hechos en el ámbito nuclear.
En 1951 publicó y se encargó de difundir un manifiesto firmado por más de un centenar de científicos reconocidos, con el objetivo de pedir el compromiso de los poderes públicos de utilizar la energía atómica con fines pacíficos y no destructivos.
En 1952, en Ginebra, Suiza colaboró en la creación del Centro Europeo para la Investigación Nuclear, conocido con el acrónimo CERN.
Tres años más tarde, en 1955 organizó lo que sería la primera conferencia “Átomos para la Paz”, realizada en Ginebra. EN 1957 recibió el premio del mismo nombre “Átomos de la Paz”, a cargo de la Fundación Ford por la finalidad de progreso de la humanidad que tenían sus investigaciones científicas.
Neils Borh murió el 18 de noviembre de 1862 en su ciudad natal, Copenhague, a causa de una insuficiencia cardíaca a los setenta y siete años, después de haber dejado impresas algunas obras tan valiosas como Teoría de los espectros y constitución atómica (1922), Luz y vida (1933), Teoría atómica y descripción de la naturaleza (1934), El mecanismo de la fisión nuclear (1939) y Física atómica y conocimiento humano (1958).
PRINCIPALES APORTES A LA CIENCIA:
Obtuvo el Premio Nobel de Física en 1922 por sus trabajos en la estructura atómica y radiación.
Presentó su modelo del átomo como un núcleo cargado positivamente y rodeado de electrones orbitando. En 1913 dio a conocer un modelo en el que los electrones orbitan alrededor de un núcleo positivo, pero sólo lo hacen en ciertas órbitas permitidas.
Innovó el método para la aplicación de las teorías de física cuántica y su interpretación con los fenómenos atómicos.
El principio de la complementariedad y la estructura de la tabla periódica también destacan en la lista de sus aportes
Erwin Schrödinge
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Erwin Schrödinger (1887-1961): Físico austríaco conocido por la ecuación de Schrödinger en la mecánica cuántica.
Schrödinger nació en una familia que contaba con un gran recorrido en el ámbito de la ciencia, por lo que no resultó difícil encontrar una vocación en ese mismo sector y con un gran apoyo de sus familiares. Realizó sus estudios en física en uno de las instituciones más famosas de Viena: la Akademisches Gymnasium. Sin embargo, el servicio militar lo reclamó al termino de sus estudios, por lo que no pudo ejercer como científico hasta el año 1911, momento en el cual volvió del ejército y se unió al profesor Franz Exner como ayudante en el Instituto de Física de Viena. Fue también un momento de estabilidad que le valió a Schrödinger para comenzar su carrera como investigador.
Sin embargo, la Primera Guerra Mundial lo obligó a volver al frente solo que, esta vez, su experiencia en la Universidad le sirvió para quedarse en parte de formación, ejerciendo de profesor de meteorología en la escuela de oficiales. Con la finalización de la guerra, le ofrecieron una Cátedra de Física Teórica en la Universidad de Chernivstí, la cual aceptó convirtiéndose en doctor en Física y profesor. Sin embargo, el puesto no se mantuvo mucho tiempo pues, durante los siguientes dos años, Erwin cambió hasta dos veces de ubicación: de la Universidad de Chernivstí pasó a la de Jena, y de ahí a Stuttgart hasta, finalmente, asentarse en Zúrich en el año 1924 como Jefe del Departamento de Física Teórica.
Sin duda, los años que pasó en Zúrich fueron los más fructíferos de su carrera en lo que respecta a producción científica. Además de poder codearse con los grandes científicos de la época, Schrödinger podía dedicarse por igual a sus dos vocaciones: la investigación y la enseñanza.
Fue así que en el año 1926, tras volcarse por completo en el estudio de la naciente física cuántica, propuso un modelo atómico ligado a esas nuevas teorías que prometía explicar el comportamiento de las partículas según la cuántica. De esa forma, afirmó que era posible observar a los electrones como ondas de materia cuya amplitud iba descendiendo a medida que traspasaban el núcleo. Y no solo eso, para describir esa onda planteó una ecuación que permitía, no solo definir a los electrones, sino ilustrar el comportamiento de cualquier partícula subatómica, prediciendo además las posibilidades que había de encontrarlas en un cierto estado.
Estas propuestas fueron, ni más ni menos, que las bases sobre las que se sentó la mecánica cuántica ondulatoria, es decir, aquella que describe las propiedades de las partículas considerando que pueden observarse también como ondas. De esta serie de planteamientos, el físico austríaco intercambió una serie de profundas cartas con Albert Einstein en las que comentaban los resultados y de las cuales se generó la idea del gato en la caja. Este planteamiento representa, hasta día de hoy, el mayor interrogante y paradoja de la física cuántica.
La gran reputación que alcanzó con su nuevo modelo atómico le aseguró una propuesto como Catedrático de Física Teórica en la Universidad de Berlín, un puesto más que prestigioso en aquel momento y que, hasta entonces, había estado ocupado por Max Planck pero que había quedado libre tras la dimisión de este. Sin pensarlo, Schrödinger aceptó la propuesta y entró a formar parte del equipo universitario berlinés donde, en sus propias palabras, “viviría los años más maravillosos en los que enseñé y aprendí”.
Sin embargo, la llegada del nazismo al poder fue un punto de inflexión para el científico. En el año 1933, pese a estar en contra del gobierno de Hitler, Schrödinger apuesta por mantenerse públicamente apolítico y, simplemente, abandonar el país ante la incomodidad que le provoca mantenerse en Alemania. En lugar de volver a su Viena natal, recibe una oferta londinense para unirse al equipo del Magdalen College, en Oxford. Y es, justamente, al llegar a esta institución cuando descubre que le han otorgado el Nobel de Física de ese mismo año.
Los años que pasó en Oxford no fueron, sin embargo, agradables para el científico. En sus memorias recoge lo infeliz que le hacían las formalidades innecesarias y la poca libertad de la institución, las cuales sentía que lo mantenía casi en una jaula. De esa forma, movido por sus ansias de investigar en más sitios donde brotase su creatividad y se sintiera libre de investigar, pasó el resto de sus años como científico moviéndose por universidades de toda Europa hasta que, finalmente, falleció debido a la tuberculosis un 4 de enero de 1961.
Werner Heisenberg
Werner Heisenberg (1901-1976): Físico alemán que formuló el principio de incertidumbre.
Werner Karl Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en Würzburgo y estudió en la Universidad de Múnich. En 1923 fue ayudante del físico alemán Max Born en la Universidad de Gotinga, y desde 1924 a 1927 obtuvo una beca de la Fundación Rockefeller para trabajar con el físico danés Niels Bohr en la Universidad de Copenhague.
En 1927 fue nombrado profesor de física teórica en la Universidad de Leipzig y posteriormente fue profesor en las universidades de Berlín (1941-1945), Gotinga (1946-1958) y Múnich (1958-1976). En 1941 ocupó el cargo de director del Instituto Kaiser Wilhelm de Física, que en 1946 pasó a llamarse Instituto Max Planck de Física.
Heisenberg realizó sus aportes más importantes en la teoría de la estructura atómica. En 1925 comenzó a desarrollar un sistema de mecánica cuántica, denominado mecánica matricial, en el que la formulación matemática se basaba en las frecuencias y amplitudes de las radiaciones absorbidas y emitidas por el átomo y en los niveles de energía del sistema atómico.
El principio de incertidumbre desempeñó un importante papel en el desarrollo de la mecánica cuántica y en el progreso del pensamiento filosófico moderno. En 1932, Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física. Entre sus numerosos escritos se encuentran “Los principios físicos de la teoría cuántica”, “Radiación cósmica, Física y filosofía e Introducción a la teoría unificada de las partículas elementales”.
Inclinado desde joven hacia las matemáticas, y en menor medida por la física, intenta en 1920 empezar un doctorado en matemática pura, pero Ferdinand von Lindemann lo rechaza como alumno porque está próximo a jubilarse. Le recomienda hacer sus estudios de doctorado con el físico Arnold Sommerfeld como supervisor, quien lo acepta de buen grado. Durante su primer año toma esencialmente cursos de matemática con la idea de pasarse a trabajar en teoría de números apenas tenga la oportunidad, pero poco a poco empieza a interesarse por la física teórica. Intenta trabajar en la Teoría de la Relatividad de Einstein y Pauli le aconseja que se dedique a la Teoría Atómica en la que todavía había gran discrepancia entre teoría y experimento.
Obtiene su doctorado en 1923 y enseguida viaja a Gotinga, donde trabaja como asistente de Max Born. En 1924 viajó a Copenhague y conoció a Niels Bohr.
Durante sus estudios en la Universidad de Múnich, Heisenberg se decantó decididamente por la física, sin renunciar a su interés por la matemática pura. En aquellos momentos, no obstante, la física se consideraba esencialmente una ciencia experimental y la falta de habilidad de Heisenberg para los trabajos de laboratorio complicarían el proceso de su doctorado. Arnold Sommerfeld, su director de tesis, reconocía sus extraordinarias capacidades para la física matemática pero había una cierta oposición a su graduación por causa de su inexperiencia en física experimental. Finalmente, Heisenberg se doctoró en 1923, presentando un trabajo sobre turbulencia de los fluidos. En estos años de doctorado conoció a Wolfgang Pauli, con quien colaboraría estrechamente en el desarrollo de la mecánica cuántica.
De Múnich, Heisenberg pasó a la Universidad de Gotinga, en donde enseñaba Max Born y en 1924 pasó al Instituto de Física Teórica de Copenhague dirigido por Niels Bohr. Allí Heisenberg conoció entre otros prominentes físicos a Albert Einstein e inició su período más fecundo y original, que dio como resultado la creación de la mecánica de matrices. Este logro se vería reconocido con la consecución del Premio Nobel de Física del año 1932.
En 1925, Heisenberg inventa la mecánica cuántica matricial. Lo que subyace en su aproximación al tema es un gran pragmatismo. En vez de concentrarse en la evolución de los sistemas físicos de principio a fin, concentra sus esfuerzos en obtener información sabiendo el estado inicial y final del sistema, sin preocuparse demasiado por conocer en forma precisa lo ocurrido en el medio. Concibe la idea de agrupar la información en forma de cuadros de doble entrada. Fue Max Born quien se dio cuenta de que esa forma de trabajar ya había sido estudiada por los matemáticos y no era otra cosa que la teoría de matrices. Uno de los resultados más llamativos es que la multiplicación de matrices no es conmutativa, por lo que toda asociación de cantidades físicas con matrices tendrá que reflejar este hecho matemático. Esto lleva a Heisenberg a enunciar el Principio de indeterminación.
La teoría cuántica tiene un éxito enorme y logra explicar prácticamente todo el mundo microscópico. En 1932, poco antes de cumplir los 31 años, recibe el Premio Nobel de Física por «La creación de la mecánica cuántica, cuyo uso ha conducido, entre otras cosas, al descubrimiento de las formas alotrópicas del hidrógeno»
Richard Feynman
Richard Feynman (1918-1988): Físico estadounidense conocido por su trabajo en electrodinámica cuántica y por ser un popularizador de la ciencia.
Richard Phillips Feynman nació en Nueva York el 11 de mayo de 1918, y recibió el Premio Nobel de Física en 1965, junto con Julian Schwinger y Shinichiro Tomonaga, por sus contribuciones al desarrollo de la Electrodinámica Cuántica (QED), la teoría cuántica de campos que describe las interacciones electromagnéticas. Feynman introdujo por primera vez los diagramas que llevan su nombre en una conferencia en las montañas Pocono de Pennsylvania durante la primavera 1948, precisamente para describir QED. La presentación de Feynman, sin embargo, no recibió, por su novedad, demasiada atención por parte de los asistentes. Por el contrario, en la misma conferencia, Schwinger ofreció una presentación de todo un día entero de duración sobre su versión de la teoría. Feynman y Schwinger no utilizaban el mismo lenguaje y les resultó muy difícil entenderse entre ellos, pese a ello llegaron a resultados similares lo cual sirvió para confirmar la validez de QED. La versión de Tomonaga llegaría poco después, y era algo más simple que la de Schwinger.
Feynman es también conocido por muchas otras aportaciones relevantes como el desarrollo completo del formalismo de integrales de camino en mecánica cuántica (basado en trabajos anteriores de P.A.M. Dirac), la física de la superfluidez del helio líquido superfrío, la cuantización de la gravedad y de las teorías de Yang-Mills, la forma V-A que describe las interacciones electrodébiles responsables de los procesos radioactivos, el modelo de partones, y por introducir de forma pionera la nanotecnología y la computación cuántica como conceptos. Es también muy conocido por su faceta publica, particularmente después de haber participado en la Comisión Rogers que investigó el accidente del transbordador espacial Challenger (1986), y por su labor pedagógica y divulgativa. Escribió además un par de libros semiautobiográficos muy conocidos (“Surely You're Joking, Mr. Feynman!” y “What Do You Care What Other People Think?”).
Diagramas de Feynman
Pero sin lugar a dudas los diagramas que llevan su nombre son su aportación más famosa ya que representan de forma gráfica y sencilla los procesos cuánticos que experimentan las partículas subatómicas cuando interaccionan entre ellas, y no sólo en QED sino también en cualquier teoría cuántica de campos. Estos diagramas están formados por una serie de vértices interconectados por líneas. Cada línea simboliza la propagación de una partícula de un punto del espacio-tiempo a otro, cada vértice la interacción entre varias partículas en un punto. Existen dos tipos de diagramas, aquellos en los que las líneas interconectadas forman circuitos cerrados, llamados loops, y aquellos en los que no, llamados diagramas de tipo árbol por su similitud con las ramas de un árbol.
La ventaja principal de los diagramas de Feynman radica en la facilidad para trasladar los diagramas a expresiones matemáticas con las que los físicos pueden predecir cuál va a ser el comportamiento de las partículas subatómicas en procesos de colisión o desintegración a muy altas energías, por ejemplo, cuál es la probabilidad de producir un bosón de Higgs en el LHC, y cuál es la probabilidad de que ese bosón de Higgs se desintegre a dos fotones en lugar de hacerlo a dos quarks top. Cada teoría permite diferentes diagramas de Feynman y la translación de esos diagramas a fórmulas matemáticas depende también de la teoría.
Así pues, los diagramas de Feynman son la forma más directa para obtener predicciones teóricas con las que comparar los datos experimentales y discernir qué teoría se ajusta mejor al experimento. Además, los diagramas de Feynman definen toda una serie de nuevas funciones matemáticas con propiedades muy interesantes. También desde el punto de vista matemático, los diagramas de Feynman introducen aspectos innovadores.
El campo teórico relacionado con las aplicaciones de los diagramas de Feynman ha experimentado un desarrollo espectacular en los últimos años motivado por las necesidades de disponer de predicciones teóricas de precisión y herramientas de análisis sofisticadas para analizar los datos del LHC. Cuando los físicos analizan un proceso de colisión en el LHC los diagramas de tipo árbol que lo describen representan únicamente una primera aproximación. Para mejorar la precisión de la teoría es necesario considerar también los diagramas de tipo loop, ya que son aquellos que incorporan las fluctuaciones cuánticas del vacío que contribuyen al mismo proceso.
Cuanto mayor sea el número de loops que se incorporan a los cálculos teóricos mayor será la precisión de la teoría, pero también mayor el número de posibles fluctuaciones cuánticas y la complejidad de las expresiones matemáticas que se derivan de ellas. Cada nuevo loop introduce nuevas funciones matemáticas, y nuevos retos para los físicos teóricos.
A orillas del lago Balatón
Para celebrar el centenario este año del nacimiento de Richard P. Feynman, la Acción COST PARTICLEFACE liderada por el IFIC ha organizado recientemente una conferencia en Balatonfüred, a orillas del lago Balatón en Hungría, donde se presentaron y discutieron los últimos avances en el campo. La elección de Balatonfüred no ha sido casual y está justificada por varios motivos. En junio de 1972 tuvo lugar en Balatonfüred, organizada por el físico húngaro György Marx, la primera de una serie de conferencias internacionales sobre la física de neutrinos a la que asistieron 139 participantes entre ellos Richard P. Feynman, Tsung-Dao Lee (Nobel de Física 1957), tres investigadores que han recibido el premio Nobel posteriormente, y el hoy profesor de la Universidad de Zürich Zoltan Kunszt.
El lugar tiene también una historia interesante detrás. Desde 1926, Balatonfüred era frecuentado por el poeta, músico y artista indio Rabindranath Tagore. Tagore, primer no europeo que ganó el premio Nobel de Literatura en 1913, plantó un primer árbol en el lugar. A ese primer árbol acompañaron otros que fueron plantados por otros personajes indios en su visita a Tagore, dando lugar a lo que hoy se conoce como parque Tagore. Posteriormente, Salvatore Quasimodo (premio Nobel de Literatura 1959) plantó también un árbol, estableciendo así la tradición de que si algún premio Nobel visita Balatonfüred debe plantar un árbol. Este fue el caso de Feynman en 1972, a cuyo árbol acompañan hoy los árboles plantados entre otros por Bruno Pontecorvo, Nevill Francis Mott (Nobel de Física 1977), Eugene Wigner (Nobel de Física 1963) and Rudolf Mössbauer (Nobel de Física 1961), todos ellos identificados con su correspondiente placa conmemorativa.
Kunszt explicó cómo la conferencia de 1972 fue solo posible cuando más de 10 años después de la revolución de 1956, aplastada por la Unión Soviética, Hungría empezó a abrirse a la colaboración científica con el exterior, permitiendo a sus investigadores visitar otros países y organizar conferencias internacionales. Este es un claro ejemplo del valor diplomático de la Ciencia en general. Feynman, quien confirmó su asistencia a Balatonfüred en el último momento, impartió una charla sobre “What neutrinos can tell us about partons”. El modelo de partones había sido propuesto por Feynman en 1969 y describe los hadrones (e.g. protones y neutrones) como entes constituidos por partículas sub-subatómicas puntuales llamadas partones que a muy altas energías se comportan como si fuesen libres moviéndose en la dirección del hadrón del que forman parte. La conclusión de Feynman en Balatonfüred fue que los partones son quarks (hoy sabemos que son también gluones). Kunszt destacó que el modelo de partones no fue aceptado por la comunidad hasta la publicación en 1977 del artículo de Guido Altarelli y Giorgio Parisi “Asymptotic Freedom in Parton Language” que predice a partir de la teoría conocida como Cromodinámica Cuántica cuál es la densidad de esos partones dentro de los hadrones en función de la energía.
El profesor Kunszt hizo también hincapié en el artículo publicado en Acta Physica Polonica en 1963 que lleva por título “Quantum Theory of Gravitation”, y que está basado en las grabaciones en cinta de una conferencia impartida en Jablonna, Polonia. En este artículo de solo 14 páginas y 12 adicionales que reflejan la discusión posterior, Feynman introduce tres importantes conceptos novedosos: las conocidas como partículas fantasma de Fadeev-Popov (1967), el hoy llamado teorema del árbol de Feynman que establece una correspondencia entre diagramas de tipo loop y diagramas de tipo árbol con emisión de partículas adicionales, y las llamadas integrales de Berezin (1965) para fermiones, una extensión del formalismo de integrales de camino desarrollado por el propio Feynman.
En este artículo Feynman reconoce que accidentalmente y a propuesta de Murray Gell-Mann (Nobel en Física 1969) decidió aplicar el teorema del árbol a una teoría de Yang- Mills con masa nula por su analogía con la gravitación. Según Feynman, dicha teoría no puede existir puesto que produciría inmediatamente radiación fuera del núcleo. Aunque esta teoría no representaría un caso práctico, es más simple que la gravedad. Pues bien, dicha teoría se conoce actualmente como Cromodinámica Cuántica y describe con gran precisión las interacciones fuertes que ocurren a muy altas energías y que son las más relevantes en aceleradores hadrónicos como el LHC. Si la teoría funciona es porque hoy sabemos que la interacción fuerte se hace todavía más intensa a grandes distancias, no dejando escapar la radiación potencial del núcleo.
Muchos de los avances teóricos recientes en el campo están además indirectamente relacionados con el teorema del árbol Feynman. Este teorema ha servido también de inspiración para el teorema de dualidad loop-árbol y sus aplicaciones, propuesto y desarrollado por un grupo de investigadores del IFIC. La dualidad loop-árbol, como el teorema del árbol de Feynman, reduce el problema de muchos loops al cálculo de diagramas de tipo árbol, y presenta algunas ventajas interesantes respecto al teorema original de Feynman.
La conferencia concluyó con una vista al parque Tagore y sus árboles, entre ellos el árbol plantado por Feynman en 1972.
Siglo XXI
Stephen Hawking
Stephen Hawking (1942-2018): Físico teórico británico conocido por sus trabajos sobre los agujeros negros y la cosmología cuántica.
El destino, que es muy caprichoso, quiso que Stephen Hawking naciera un 8 de enero, el mismo día en que murió Galileo, y que su muerte se produjera un 14 de marzo, el mismo día del nacimiento de Albert Einstein, dos de los mayores genios que ha dado la ciencia de todos los tiempos, a cuyos nombres se les ha unido para siempre también el suyo.
Si Galileo fue de los primeros en darse cuenta de que la Tierra no era el centro del universo y Einstein cambió el mundo con su Teoría General de la Relatividad, Hawking también hizo lo propio al demostrar que el origen del universo estuvo marcado por el Big Bang. "Mi objetivo es simple. Un completo conocimiento del universo, por qué es como es y por qué existe", dijo en cierta ocasión.
Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA)
Pero la vida de Stephen Hawking estuvo marcada por una terrible enfermedad. Con apenas 21 años, justo cuando estaba a punto de contraer matrimonio, fue diagnosticado de esclerosis lateral amiotrófica (ELA), una enfermedad neurodegenerativa progresiva que afecta rápidamente a las neuronas motoras del cerebro y la médula espinal. Los médicos no le dieron más de dos años de vida, pero Hawking no sólo superó las expectativas de la medicina, sino que vivió 55 años más, durante los cuales tuvo que ver, impotente, cómo, lenta pero inexorablemente, las fuerzas iban abandonando todos y cada uno de los músculos de su cuerpo.
Primero fueron las piernas, después la voz, el uso de las manos, las funciones respiratorias, la posibilidad de alimentarse por sí mismo... El propio científico admitió en más de una ocasión que cuando recibió la noticia se vino abajo. Durante los primeros meses se encerró en su habitación sin hacer otra cosa más que beber y escuchar a Wagner compulsivamente. Hawking cayó en una espiral de desesperación de la cual Jane Wilde, entonces su novia y futura madre de sus tres hijos, consiguió sacarle con mucho esfuerzo.
Ya en 1985, Hawking contrajo una neumonía que se complicó hasta el punto de dejarlo en coma. Los médicos sugirieron entonces desconectarle de los aparatos de soporte vital, pero su esposa se negó rotundamente.En aquella situación se decidió practicarle una traqueotomía que lo dejó sin habla. Para poder comunicarse, el científico incorporó un sintetizador a su silla de ruedas, especialmente diseñada para él, y que podía manejar con la sola presión de un dedo.
A pesar de todo, Hawking conservó siempre un fino sentido del humor. Con el tiempo, su voz robótica se convirtió en parte del personaje y sus investigaciones acerca del universo avanzaban a buen ritmo a pesar de sus evidentes problemas físicos. El científico incluso llegó a cuestionar que el mundo fuera tal y como lo percibimos con nuestros sentidos.
En 1990, Hawking se enamoró de su cuidadora personal, Elaine Mason, con quien se casó tras divorciarse de Jane. Pero el matrimonio fue un fracaso (de hecho, Elaine fue acusada de maltratarlo) y se divorciaron en 2006.
Hawking y el creador del universo
Hawking también opinó a veces sobre temas trascendentes. En cierta ocasión, y para dejar clara su postura acerca de un tema tan controvertido como el de la existencia de un dios creador, Hawking afirmó: "La raza humana necesita un desafío intelectual. Debe ser aburrido ser Dios y no tener nada que descubrir".
En su libro El gran diseño, Hawking afirmaba sin tapujos que: "Dios, sencillamente, no tiene lugar alguno en las actuales teorías científicas sobre la creación del universo. Los avances conseguidos en física bastan para explicar, por sí mismos, el origen y la naturaleza de nuestro universo sin necesidad de recurrir a ninguna clase de intervención divina". De hecho, Hawking nunca negó la existencia de Dios, sino que se limitó a afirmar que, según su punto de vista, la intervención divina no resulta necesaria para dar una explicación de la creación del mundo y de todo cuanto le rodea.
En 1970, Hawking publicó, junto a su colega Roger Penrose, la teoría de que si el universo obedece a la Teoría General de la Relatividad publicada por Albert Einstein y éste se ajusta a los modelos cosmológicos desarrollados por el matemático y físico ruso Alexander Friedmann, entonces el inicio de nuestro universo tuvo su origen en una singularidad, es decir, en un único punto de masa y temperatura infinitas que ya contenía todo lo que existe y cuya expansión hizo posible que el universo se convirtiera en lo que es en la actualidad.
Los agujeros negros
Otra de las grandes aportaciones a la Ciencia del físico británico fue su visión de la física de los agujeros negros, un tema del que se ocupó toda su vida. Hawking estaba convencido de que una consecuencia de ese universo surgido del Big Bang fue la creación de agujeros negros, unas regiones del espacio donde, según la ciencia ha creído tradicionalmente, la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar una vez ha sido atrapada.
El modelo de Hawking, formulado en 1975, implicaba que en el universo primigenio surgieron un gran número de agujeros negros primordiales de los que, según su teoría, se podría escapar con un tipo muy específico de radiación (conocida como "radiación Hawking")y que se origina justo en el "límite de no retorno" de un agujero negro, una línea imaginaria que la Ciencia llama "horizonte de sucesos" que, una vez traspasada, no tiene vuelta atrás.
Hawking postula que, en lugar de "horizonte de sucesos", los agujeros negros poseen un "horizonte aparente", detrás del cual la materia y la energía quedan atrapadas sólo temporalmente, ya que pueden "escapar". "La ausencia de horizonte de sucesos significa que no hay agujeros negros, en el sentido de sistemas de los que no puede escapar la luz", escribió Hawking poco antes de su muerte.
Apuestas perdidas
A pesar de su genialidad, Stephen Hawking también cometió errores, y algunos de muy sonados. En 1975, justo cuando investigaba los agujeros negros, se apostó con su amigo Kip Thorne una suscripción de cuatro años a la revista Penthouse a que el sistema binario Cisne X1 no contenía un agujero negro.
Desgraciadamente para Hawking perdió la apuesta y tuvo que pagar la suscripción de su amigo. Otra vez apostó dinero con el físico Gordon Kane acerca de que el bosón de Higgs no existía. Tras su hallazgo en el año 2012, Hawking tuvo que admitir su error y pidió el Nobel de Física para Peter Higgs, que fue galardonado con el prestigioso premio al año siguiente. Irónicamente, su comentario fue "parece que acabo de perder cien dólares".
En otra ocasión, quiso testar la posibilidad de viajar en el tiempo. Para ello, Hawking organizó una fiesta, el 28 de junio de 2009, pero envió las invitaciones el día siguiente a la fecha de celebración. Según él, si hubiera acudido alguien (antes de recibir la invitación) se trataría sin duda de un viajero del tiempo, al que habría "cazado" in fraganti. "Estuve esperando mucho rato –comentó irónicamente Hawking–, pero no vino nadie". Otra frase lapidaria de Hawking en relación a los viajes en el tiempo es la siguiente: "La mejor prueba de que no es posible viajar en el tiempo es que no estamos invadidos por una legión de turistas del futuro".
Divulgador incansable
Hawking fue un hombre que desafiaba los límites, tanto en su vida intelectual como en sus relaciones personales. Viajó alrededor del mundo para asistir a reuniones científicas, incluida la Antártida, fue un gran divulgador y llegó a aparecer en varias series de televisión como Los Simpson, Star Trek: The next Generation y The Big Bang Theory.
Celebró su sesenta cumpleaños montado en un globo aerostático y esa misma semana se fracturó una pierna a causa de un accidente con su silla de ruedas eléctrica por ir demasiado deprisa. En abril de 2007 participó en un vuelo de gravedad cero a bordo de un Boeing 727 especialmente equipado. Cuando le preguntaron el motivo de porqué corría esos riesgos, Hawking respondió: "Quiero demostrar que las personas no necesitan limitarse por sus discapacidades físicas mientras no tengan discapacidades de espíritu".
Stephen Hawking falleció en su casa de Cambridge, en Reino Unido, el 14 de marzo de 2018, acompañado de su familia. No trascendió la causa de su muerte. Su familia, en un comunicado, sólo dijo que el genial científico "expiró en paz".
Peter Higgs
Peter Higgs (n. 1929): Físico británico conocido por su propuesta del mecanismo de Higgs y la predicción del bosón de Higgs, confirmada experimentalmente en 2012.
Peter Higgs fue un físico y matemático británico. Nació en Newcastle upon Tyne, un distrito metropolitano en el noreste del Reino Unido, el 29 de mayo de 1929. Tal como informa el sitio web del Premio Nobel, tenía asma, por lo que parte de su educación temprana la recibió en su casa.
A los 17 años se fue a Londres para estudiar matemáticas y física y se doctoró en el King's College en 1954. Posteriormente, se trasladó a la Universidad de Edimburgo, donde permaneció hasta su jubilación (con la excepción de unos años a finales de la década de 1950).
Peter Higgs (1929-2024), fue un conocido físico que predijo la existencia del llamado bosón de Higgs, “una partícula subatómica que es la portadora de un campo que dota de masa a todas las partículas elementales a través de sus interacciones con ellas”, según explica la Enciclopedia Britannica, una plataforma de conocimiento general.
El científico falleció el 8 de abril de 2024, a los 94 años, según comunicó la Universidad de Edimburgo (Reino Unido) dos días después. Aunque hizo su predicción a mediados de la década de 1960, su teoría no fue confirmada hasta 2013.
Higgs es reconocido mundialmente por su predicción de la existencia de una nueva partícula, el llamado bosón de Higgs o “partícula de Dios”, la cual da explicación a cómo se formó la materia tras el Big Bang, reconoce un artículo de National Geographic España.
Sus primeros trabajos se centraron en la física molecular y en el cálculo de los espectros vibratorios de las moléculas. En 1956 empezó a trabajar en la teoría cuántica de campos, relata la Enciclopedia Britannica.
En 1964 el científico británico “escribió dos artículos en los que describía lo que más tarde se conocería como el mecanismo de Higgs, en el que un campo escalar (es decir, un campo presente en todos los puntos del espacio) confiere masa a las partículas”, continúa la plataforma.
No obstante, la revista rechazó el segundo artículo. Cuando Higgs lo revisó, añadió que su teoría predecía la existencia de un bosón pesado. La predicción, que realizó en 1964, fue confirmada casi 50 años después, gracias a los experimentos del Gran Colisionador de Hadrones del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés), relata la entidad académica. Tal como informó entonces National Geographic US, los científicos del CERN comunicaron en 2012 que habían detectado una señal interesante que probablemente correspondía a un bosón de Higgs.
Al examinar dos veces y media más datos, concluyeron en marzo de 2013 que, efectivamente, se había descubierto algún tipo de bosón de Higgs, indica el sitio web del Centro Europeo para la Investigación Nuclear.
La contribución de Peter Higgs a la física ha sido reconocida con numerosos honores académicos, como la Medalla Hughes de la Royal Society (1981), la Medalla Real de la Real Sociedad de Edimburgo (2000), y una medalla Higgs personal única de la Royal Society de Edimburgo (2012), entre muchos otros. También recibió títulos honoríficos de varias universidades.
En 2013 fue galardonado con el Premio Nobel de Física, junto con François Englert, "por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas”.
En el artículo que publicó la Universidad de Edimburgo este 10 de abril, Peter Mathieson, director de esa institución académica, describió a Peter Higgs como una persona extraordinaria y dijo que su trabajo científico enriqueció el conocimiento del mundo. “Su trabajo pionero ha motivado a miles de científicos y su legado seguirá inspirando a muchos más durante generaciones”.
Estos científicos han dejado un legado perdurable en la física, cada uno haciendo avances que han cambiado nuestra comprensión del universo y las leyes que lo gobiernan.