Recordemos a Galileo en el Año Astronómico Internacional 2009.

2009, Año Astronómico Internacional - Recordamos a Galileo
1.- Introducción
2.- La Astronomía en la Antigüedad
3.- La Astronomía en la Antigua Grecia
4.- Los árabes
5.- La Astronomía en la Edad Media
6.- Copérnico
7.- Tycho Brahe
8.- Johannes Kepler
9.- Galileo Galilei
10.- Newton
11.- La crisis del espacio y del tiempo absolutos
12.- Resumen final – Papel de la física y astronomía de Galileo – Newton en la
ciencia actual
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Índice
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Este año 2009 se conmemoran los 400 años de la publicación por Johannes Kepler
de su obra fundamental “Astronomia Nova”.
También se celebran los 400 años de las primeras observaciones astronómicas de
Galileo.
Por este motivo este año se considera como Año Internacional de la Astronomía, y
por ello se celebran numerosas actividades conmemorativas y de divulgación en
los campos de la Física y la Astronomía.
El año Internacional de la Astronomía está promovido por la UNESCO, por la Unión
Astronómica Internacional y por el Consejo Internacional para la Ciencia
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1.- Introducción
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Hoy en día se considera de forma unánime que esos sucesos señalan el
nacimiento de la ciencia moderna, especialmente en uno de los aspectos que
mejor la definen: la formulación y contraste de hipótesis.
Galileo Galilei es la figura más relevante de cuantas personas se vieron envueltas
en los sucesos citados, y por tanto estas notas tienen como objeto principal
resaltar sus logros en la extensión del conocimiento del mundo físico y
astronómico, así como su contribución al desarrollo de la ciencia moderna
Pretendemos dar respuesta a esta pregunta que muchas personas se hacen con
frecuencia:
¿Por qué es tan importante Galileo para que se hable tanto de él?
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1.- Introducción
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La importancia de la contribución de Galileo al desarrollo de las ciencias consiste
principalmente en que :
- Rechaza que el conocimiento transmitido desde la antigüedad por respeto a los
grandes sabios del pasado (Aristóteles principalmente) se deba admitir como un
dogma, sin crítica alguna.
- Concede un papel importante a la realización de experimentos para confirmar o
rechazar las hipótesis. Cuando los experimentos no son posibles (en Astronomía,
por ejemplo), recurre a la observación.
- Desarrolla modelos matemáticos para describir los resultados de las
observaciones. No se contenta con explicaciones cualitativas, sino que busca
explicaciones cuantitativas.
- Intenta explicar el mundo celeste mediante el comportamiento de objetos
terrestres, rechazando así de forma explícita la física de Aristóteles.
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1.- Introducción
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Es obligado considerar que los logros obtenidos por Galileo se producen en
parte merced a los trabajos desarrollados anteriormente por Copérnico, Kepler,
Brahe, y otras personas.
También es importante señalar que, como el propio Galileo nos enseña, el
conocimiento acerca de la naturaleza ha de ser científico, y por tanto debe
evitar la formulación de dogmas.
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1.- Introducción
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P. M. A. Dirac dijo: “no os fiéis de los hechos, porque son mudables”. Con esto
viene a resaltar que el conocimiento tiene una validez temporal limitada; lo que
hoy consideramos como un hecho, en el futuro lo veremos de otra forma.
Por tanto, el paso del tiempo, que ha propiciado un desarrollo muy importante
de las ciencias, ha venido a demostrar que las ideas de Galileo, que han sido
fundamentales para lograr ese desarrollo, no se pueden tomar hoy en día como
dogmas absolutos; más bien se puede afirmar, aunque cueste admitirlo, que
esas ideas, aunque no se pueda decir que sean erróneas, han sido superadas.
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1.- Introducción
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La magnificencia y regularidad del firmamento nocturno ha impresionado al
hombre desde la antigüedad (neolítico, y quizá el paleolítico), pero la
ausencia de documentos descriptivos de los conocimientos alcanzados por
nuestros antepasados nos impide conocer con seguridad qué clase de
conocimientos se alcanzaron, y que utilidad pudieron dar a esos
conocimientos.
Los expertos opinan mayoritariamente que los conocimientos astronómicos
antiguos tenían unas funciones calendáricas (establecimiento del calendario
para las labores agrícolas y/o actividades religiosas).
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El denominado “Disco de Nebra”
(aprox. 1750 A.C.), hallado en
Alemania. Se le asigna una función
calendárica relacionada con labores
agrícolas.
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“Mapa” del cielo con varias
constelaciones. Babilonia, hacia el
650 A.C.
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Las investigaciones que se han realizado sobre numerosas civilizaciones
prehistóricas de todo el Mundo muestran que desde etapas muy tempranas se
alcanzó un grado sorprendente de conocimientos astronómicos.
Tal es el caso de las civilizaciones de Mesopotamia, es decir, Sumeria, Caldea y
Babilonia, y también de las civilizaciones mesoamericanas (mayas, mexicas,
etc.).
Como ejemplo del grado de conocimiento alcanzado, el año 2238 A.C., los
babilonios de la ciudad de Ur registraron un eclipse de Luna, el primero del que
tenemos constancia escrita.
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Civilización Maya -
Códice de Madrid
Tabla de datos de
evolución de la posición
de Marte, y augurio de
buena cosecha de maíz
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Los estudios realizados sobre los documentos que han llegado hasta nosotros
(inscripciones en sellos, vasijas, herramientas, etc.) muestran que los
conceptos desarrollados en Mesopotamia acerca de los objetos celestes tenían
un carácter casi exclusivamente mágico.
Los primeros astrólogos aparecieron también en Mesopotamia, con la misión
de estudiar los movimientos de los astros en el cielo y realizar augurios para
los reyes basándose en esos movimientos.
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Los egipcios observaron que las estrellas fijas realizan un giro completo
en el cielo en poco más de 365 días.
Además, este ciclo aproximado de 365 días concuerda con el de las
estaciones, y ya antes del 2500 A.C. los egipcios usaban un calendario
basado en ese ciclo, por lo que cabe suponer que utilizaban la
observación astronómica de manera sistemática desde el cuarto
milenio.
Nuestro actual calendario de 12 meses es una adaptación del antiguo
calendario civil egipcio.
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Los conocimientos astronómicos alcanzados
en Mesopotamia y el antiguo Egipto se fueron
transmitiendo a la antigua Grecia, donde
trataron de explicar de forma racional dos
fenómenos bien conocido desde la más lejana
antigüedad:
Si observamos el cielo diurno, el Sol sale
siempre por una zona que llamamos Levante,
y se pone siempre por una zona que llamamos
Poniente. Pero si observamos el cielo
nocturno, la Luna y las estrellas también
describen siempre una trayectoria que va de
Levante a Poniente.
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3.- La Astronomía en la antigua Grecia
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Por otro lado, si observamos el cielo
nocturno a una hora determinada, a lo
largo de todos los días de un año,
observamos que las estrellas se ponen
por Poniente (y salen por Levante) un
poco más temprano cada día (unas dos
horas por mes).
Así, según pasan los meses, a una
hora determinada, vamos viendo en el
Cielo una sucesión de agrupaciones de
estrellas (constelaciones), de forma
que al llegar a la misma fecha del año
anterior, el aspecto de esas
constelaciones en el cielo es el mismo
que veíamos el año anterior.
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En los esfuerzos por explicar ambos fenómenos pesaba de forma importante
un hecho bien conocido:
En caso de que se diera un movimiento de la Tierra por el cosmos, el hombre
no lo ha podido detectar mediante sus sentidos o mediante mediciones
astronómicas.
Es decir, no se ve ni se nota ningún movimiento de la Tierra
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Eudoxo (408 - 355 a.C) fue el primero en avanzar una explicación de ese
“movimiento” del Sol, la Luna y las estrellas por el cielo.
Concebía el universo como un conjunto de 27 esferas concéntricas que rodean
la Tierra, la cual a su vez también era una esfera. Todos los objetos celestes
están situados sobre esas esferas, que rotan alrededor de la Tierra inmóvil.
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De las variadísimas explicaciones que se podrían dar del movimiento Levante –
Poniente del Sol, Luna y estrellas, Eudoxo dio una explicación racional, puesto
que se basaba en la observación y en la elaboración de un modelo explicativo
de base matemática, que no está en flagrante contradicción con los datos de la
observación.
Vemos en esta explicación un salto conceptual muy importante:
Pasamos de una explicación mágica (Mesopotamia), a una explicación racional
(Eudoxo)
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Platón y especialmente Aristóteles (384 - 322 a.C.) mantuvieron el sistema
ideado por Eudoxo, agregándole no menos de cincuenta y cinco esferas en
cuyo centro se encontraba la Tierra inmóvil.
Esta teoría, conocida como sistema geocéntrico, permaneció inalterada unos
2.000 años. De las bases filosóficas principales de Aristóteles se deducía que:
El cosmos está dividido en dos mundos:
- Un “mundo sublunar” en el que las cosas son mudables, imperfectas, se
desgastan, se pudren, etc. En este “mundo sublunar” existe la materia
ordinaria, a la cual se le aplican unas leyes propias de comportamiento.
- Un “mundo supralunar”, en el reina la perfección absoluta en todos los
sentidos. Nada cambia, todo es inmutable y eterno.
Se desconoce por completo qué clase de materia existe en ese mundo. Es más,
carece de sentido preguntarse por las leyes que gobiernan su comportamiento.
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La personas con inclinaciones religiosas encontraron en estos principios unas
explicaciones del mundo que satisfacían sus anhelos.
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De acuerdo con los principios citados, la concepción del cosmos tiene, entre
otras, las siguientes características:
- Las trayectorias de los objetos celestes son figuras geométricas perfectas en
un sentido platónico, es decir esferas y circunferencias
- La velocidad de los Planetas, el Sol, la Luna y las estrellas son perfectamente
uniformes.
- La Tierra se encuentra en el centro exacto del movimiento de los cuerpos
celestes.
- Dado que no experimentamos ninguna sensación de movimiento, la Tierra se
halla inmóvil, y los cuerpos celestes rotan alrededor de ella.
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Otros pensadores griegos desarrollaron ideas complementarias, e incluso
ideas contrarias, con lo cual se produjo un auge muy importante de la
astronomía, pero siempre con una interpretación geométrica de los objetos
celestes y de sus trayectorias en el cielo.
Entre los hitos alcanzados por los antiguos griegos podemos resaltar los
siguientes:
Tales de Mileto (640-546 a.C. aprox.) desarrolló métodos para la predicción de
eclipses.
Pitágoras (575-497 a.C. aprox.) fue el primero en expresar la esfericidad de la
Tierra. También explicó la irregularidad de las órbitas de los planetas en su
movimiento por el cielo.
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Hacia 350 a.C. Aristóteles describe el mecanismo de los eclipses.
Aristarco de Samos (310-230 a.C. aprox.) es el primero que afirma que la Tierra
gira alrededor del Sol. También realizó un cálculo del diámetro del Sol, y de la
distancia de la Tierra al Sol. Estos cálculos eran correctos en su desarrollo,
pero muy inexactos por falta de precisión en las medidas.
Eratóstenes (275-194 a.C. aprox.) calculó el radio de la Tierra. El resultado
obtenido fue muy preciso, a pesar de la carencia de instrumentación adecuada.
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El modelo original de Eudoxo, corregido por pensadores posteriores, aunque
era convincente en líneas generales, solo podía predecir APROXIMADAMENTE
la posición futura (en, digamos 3 meses) de algunos objetos celestes en el
cielo.
En la página siguiente mostramos un ejemplo de fenómeno observable que no
tiene explicación en el modelo original de Eudoxo.
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Movimiento de
Marte en el cielo
nocturno entre
Octubre de 1996 y
julio de 1997
Observar el
movimiento
retrógrado
¡ El movimiento no es “perfecto” !
Por lo tanto, el modelo no es capaz de describir de
forma apropiada el fenómeno
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Una forma sencilla de explicar el
movimiento retrógrado consiste
en suponer que el cuerpo
celeste rota en un círculo
(Epiciclo), cuyo centro rota
sobre un círculo centrado en la
Tierra inmóvil (Deferente).
Esta explicación fue elaborada
por Hiparco de Alejandría (190-
125 a.C. aprox.).
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El objeto celeste ya no describe
una circunferencia “perfecta”
con respecto de la Tierra
inmóvil, sino una curva tipo
cicloide.
Este modelo fue elaborado en
gran detalle por Claudio
Ptolomeo, astrónomo
alejandrino de los siglos I a II de
nuestra era.
Ptolomeo recopiló todo el
conocimiento astronómico que
existía en su época, y lo plasmo
en un libro llamado “Syntaxis
mathematiké”, que fue traducido
por los árabes, y que titularon
“Almagesto”.
Este libro fue enormemente
popular
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El progreso en las medidas de posición de los objetos celestes en el cielo siguió
mostrando errores.
Esto condujo a complicar aún más el modelo: hubo que hacer excéntrica la
circunferencia deferente con respecto de la Tierra inmóvil
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4.- Los árabes
La civilización árabe adopta las ideas de Ptolomeo, y las expande por el mundo
que van conquistando, es decir, desde los confines de la India y China, hasta el
Magreb y la península Ibérica
Merece la pena resaltar la
construcción del Observatorio de
Samarcanda ( en el actual
Uzbekistán), hacia 1414, por Ulugh
Begh, nieto de Tamerlán.
En este observatorio se realizaron
observaciones de las posiciones de
estrellas con una precisión mayor
que la obtenida por Ptolomeo.
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La Iglesia Católica, gracias en parte a los estudios de Santo Tomás de
Aquino (1225-1274), adoptó el modelo de Ptolomeo en sus líneas
generales, y añadió algunos elementos adicionales de convicción,
elaborados sobre bases bíblicas y teológicas:
- El Hombre ocupa un lugar especial en el Mundo: es observador de la
magnificencia de la Creación
- Ciertos relatos bíblicos, tomados literalmente, indican que el Sol rota
alrededor de una Tierra inmóvil.
En esencia, el modelo de universo de Ptolomeo se mantuvo vigente hasta
mediados del siglo XVI.
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Johannes Müller (Regiomontano, 1436-1476) renueva los trabajos de
observación astronómica desde el observatorio creado por él mismo en
Nuremberg, y consigue resultados mucho más precisos que los disponibles
hasta esa época.
A pesar de ello, hacia finales del siglo XV, en la época de los viajes de Colón a
América, era algo ya muy conocido que la astronomía que se basaba en las
antiguas ideas de Ptolomeo era muy poco fiable, considerando las necesidades
que se producían por los viajes a grandes distancias.
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La figura muestra una
interpretación popular del
modelo de Ptolomeo, tal
como se entendía a finales
del siglo XV.
Figura tomada de la
“Weltchronik”, de Hartmann
Schedel, publicada en 1493.
(se conoce también como
“Crónica de Nürnberg”)
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Tierra
Agua
Fuego
Aire
Luna
Mercurio
Venus
Sol
Marte
Firmamento
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6.- Copérnico
En ese estado de cosas, Nicolás Copérnico (1473-1543), clérigo polaco, inicia
sus investigaciones hacia 1507, y hacia 1532 plasma sus resultados en su libro
“De revolutionibus orbium coelestium”, que no se atreve a publicar hasta 1543.
Copérnico muere ese mismo año 1543 (su muerte coincide con las fechas de
salida del libro a la venta).
Su libro solo recibe una temprana atención de unos pocos astrónomos.
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Figura del libro “De revolutionibus”,
que muestra gráficamente el modelo
de Copérnico
Tratado de Thomas Digges, “Perfit description
of the coelestiall orbes”, de 1576
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El modelo de universo de Copérnico tiene las características siguientes:
- Sitúa al Sol en el centro del sistema
- La Tierra rota sobre sí misma, describiendo una rotación completa cada día.
- La Tierra y los planetas giran alrededor del Sol, describiendo circunferencias
- La luna gira alrededor de la Tierra
- Las estrellas se hallan muy lejanas y se hallan inmóviles
Este modelo explica, a grandes rasgos los datos de observación siguientes:
- El movimiento diario del Sol y las estrellas de Levante a Poniente
- El movimiento anual de las estrellas en el cielo nocturno
- El movimiento retrógrado de algunos planetas
El modelo de Copérnico tiene una ventaja importante: desde un punto de vista
geométrico, es mucho más sencillo que el modelo de Ptolomeo
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6.- Copérnico
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Este modelo recibe el nombre de “Modelo Heliocéntrico” o Sistema
Copernicano.
El modelo copernicano presenta, no obstante, algunas lagunas, y sus
predicciones adolecen de falta de exactitud en bastantes casos, debido a que
aún supone movimientos circulares a la Tierra y los planetas.
El sistema fue recibido con precaución en todos los ambientes académicos,
pero debido a que no puede explicar la imposibilidad de “sentir” la rotación
de la Tierra sobre su eje, todos los estudiosos lo consideraron un mero
modelo matemático, sin ninguna connotación física verificable.
Por su lado, la Iglesia Católica no se pronunció oficialmente sobre la
ortodoxia del sistema, debido a que por los motivos anteriores, el sistema
copernicano no se opone de forma frontal a los razonamientos teológicos ni a
la interpretación bíblica literal, puesto que como se ha dicho, se puede
considerar como un mero artificio matemático.
6.- Copérnico
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Explicación
del
movimiento
retrógrado en
el sistema
copernicano

Tycho Brahe (1546-1601) fue el más importante astrónomo entre la muerte de
Copérnico (1543), y el comienzo de los trabajos de Kepler (1609).
En 1572, el rey de Dinamarca concedió a Brahe fondos para la construcción de un
palacio en Uraniborg (Dinamarca), que llegaría a ser el mas importante observatorio
astronómico de su tiempo.
Brahe desarrolló sistemas de medida muy perfeccionados y precisos, con los que
reelaboró las tablas de posición de unas 1000 estrellas, con una precisión sin
precedentes.
Posteriormente pasó al servicio del Emperador Rodolfo II, y completó en Praga sus
investigaciones.
Invitó a J. Kepler a trabajar en Praga, pero las relaciones entre ambos estuvieron
teñidas por la desconfianza, de forma que los datos precisos que requería Kepler
para el desarrollo de sus teorías no estuvieron disponibles hasta la muerte de
Brahe.
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7.- Tycho Brahe
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Tycho Brahe desarrolló también un
modelo de universo, que tenía las
siguientes características:
- El Sol y la Luna giran alrededor de la
Tierra inmóvil
- Los planetas giran alrededor del Sol.
- Las estrellas se mantienen inmóviles
Este modelo constituye una posición
intermedia entre el modelo geocéntrico
de Ptolomeo, y el sistema de Copérnico.
Hacia 1610 la Iglesia Católica adopta el
modelo de Brahe como modelo oficial del
universo.
7.- Tycho Brahe
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Esta figura muestra el observatorio de
Tycho Brahe.
Véase la similitud del principio de medida
con el mostrado en el observatorio de
Ulugh Begh (hacia 1420).
7.- Tycho Brahe
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Este gráfico muestra la
precisión relativa de las
observaciones de Ptolomeo,
Ulugh Begh y Tycho Brahe,
respecto de las mediciones
recientes (años noventa) del
observatorio Hiparco
(montado en un satélite)
El desarrollo de los trabajos
de Kepler habría sido
imposible si no hubiese tenido
a su disposición los datos de
medición de Tycho Brahe.
7.- Tycho Brahe
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Johannes Kepler (1571-1630) constituye una figura importantísima en el
desarrollo de la astronomía.
En 1602 fue invitado por Brahe a trabajar en Praga, y a la muerte de aquel, obtuvo
todo el fondo documental acumulado por Brahe en su larga carrera de
observación y mediciones astronómicas.
Johannes Kepler trabajó intensamente desde 1602 hasta 1609 intentado
armonizar el modelo copernicano con los precisos datos obtenidos por Brahe.
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8.- Johannes Kepler
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Para ello comenzó elaborando complejos modelos basados en circunferencias y
epiciclos. Este esfuerzo fue baldío. Después intentó introducir óvalos, sin ningún
resultado aceptable.
Muy a su pesar, pues era una persona muy religiosa (protestante), reconoció por
primera vez que los hechos deben prevalecer sobre los deseos y sobre los
prejuicios acerca de la naturaleza del mundo. Finalmente acometió la tarea de
aplicar elipses a las trayectorias de los planetas.
Con esta estrategia fue capaz de elaborar un sistema completo, que plasmó en
sus conocidas leyes.
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8.- Johannes Kepler
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Kepler publicó en 1609 su obra principal “Astronomia nova”, en la que se
presentaban las tres leyes citadas:
- Primera ley de Kepler:
Los planetas tienen movimientos elípticos alrededor del Sol, estando éste situado
en uno de los focos de la elipse.
- Segunda ley de Kepler
Los planetas, en su recorrido por la elipse, barren áreas iguales en tiempos
iguales
- Tercera ley de Kepler
El cuadrado de los períodos de los planetas es proporcional al cubo de la
distancia media al Sol.
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8.- Johannes Kepler
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Modelo y
leyes de
Kepler
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Con estas tres leyes, Kepler marca un hito en la historia de la ciencia.
Kepler fue el último astrólogo y se convirtió en el primer astrónomo,
desechando la fe y las creencias y explicando los fenómenos basándose
en la observación y en el empleo de modelos matemáticos.
Entre Kepler y Copérnico hay una diferencia fundamental:
Copérnico elabora un modelo intuitivo y cualitativo que no puede predecir
con exactitud la posición futura de los planetas, ni cuando van a suceder
los eclipses.
Kepler consigue elaborar un modelo cuantitativo muy completo, con una
capacidad de predicción muy elevada, tanto de la posición futura de los
planetas, como del momento de los eclipses.
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8.- Johannes Kepler
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Ya hemos visto que los modelos de Copérnico (heliocentrismo), Brahe
(mixto) y Kepler (heliocentrismo perfeccionado) se consideraron en un
principio como meros artificios matemáticos, debido a que en esa época
no se podía determinar el estado de movimiento o de reposo de la Tierra:
Esos modelos fueron aceptados por los astrónomos por una razón
fundamental:
Son modelos geométricamente más sencillos, y permiten realizar
predicciones más precisas de las posiciones de las estrellas y planetas en
períodos de tiempo razonables (meses).
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9.- Galileo Galilei
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Por lo tanto, faltaba hallar una explicación (hoy en día diríamos que faltaba
una teoría) física que mostrara los movimientos de la Tierra y del resto de
cuerpos celestes.
Pero había obstáculos formidables para la creación de esta teoría:
- El dogma de Aristóteles afirma que en el mundo supralunar rigen leyes
que no solo no podemos conocer, sino que no tiene sentido intentarlo.
- Todo parece indicar que la Tierra está en reposo, puesto que no
observamos ningún efecto de un hipotético movimiento
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9.- Galileo Galilei
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Galileo Galilei se enfrenta contra estos dos obstáculos, con los resultados
que veremos.
La grandeza e importancia de Galileo residen precisamente
en sus trabajos contra los dos obstáculos citados
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9.- Galileo Galilei
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Galileo Galilei intenta dar una explicación de la imposibilidad de observar
el movimiento de la Tierra, para así dar una base firme a las teorías de
Copérnico y Kepler.
Pero esta explicación hace uso de razonamientos y observaciones acerca
de fenómenos terrestres, no celestes; por lo tanto, ataca un dogma
fundamental de la física de Aristóteles, muy arraigado en todos los
estamentos de la sociedad de su tiempo:
Los fenómenos del mundo supralunar no se
pueden explicar en términos de lo observado en
el mundo sublunar.
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9.- Galileo Galilei
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9.- Galileo Galilei
Galileo Galilei (1564 - 1642), fue un hombre polifacético, que mostró interés en
casi todas las ciencias y las artes (música, literatura y pintura). Fue astrónomo,
filósofo, matemático, físico. Profesionalmente trabajó como ingeniero experto en
fortificaciones y armamento.
Galileo fue un hombre de personalidad muy compleja, de espíritu independiente y
curiosidad insaciable, muy poco dado a los convencionalismos sociales.
Entre 1583 y 1585 estudió en la Universidad de Pisa, donde siguió cursos de
Medicina, Matemática y Filosofía. Pero no llegó a obtener ningún título oficial en
ninguna ciencia.
Tiene interés resaltar el hecho de que Newton nace en 1643, que
es el año siguiente al de la muerte de Galileo
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Sus logros fundamentales incluyen:
-Una primera ley física del movimiento
-Una ley del movimiento del péndulo
-Una gran variedad de observaciones astronómicas
-La mejora del telescopio
-Un apoyo determinante para el sistema copernicano
Desde hace ya muchos años, y de forma unánime, se le considera como uno de
los tres más grandes científicos de toda la historia de la humanidad. Para calibrar
esta afirmación, hay que pensar que los otros dos son Einstein y Newton.
Por eso no es exagerado llamarle:
“Padre de la astronomía moderna“
“Padre de la física moderna” (S. Hawking)
“Padre de la ciencia moderna“ (A. Einstein)
“Caminamos a hombros de gigantes” (Newton)
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9.- Galileo Galilei
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El campo de actividad científica e inventora de Galileo es inmenso, de lo cual
nos puede dar una idea la lista siguiente:
- Demostración de teoremas sobre centros de gravedad de sólidos
- Reconstitución de la balanza hidrostática de Arquímedes
- Desarrollo del pulsómetro
- Aplicación de la cicloide a la construcción de puentes
- Desarrollo de una bomba de impulsión de líquidos
- Desarrollo de un telescopio mejorado
- Desarrollo de un termoscopio
- Etc.
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9.- Galileo Galilei
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Hacia 1584, siendo aún estudiante, descubre la isocronía de los péndulos.
Entre 1585 y 1592 trabaja en Florencia. Demuestra muchos teoremas relativos a
los centros de gravedad de sólidos.
En 1586 reconstruye la balanza hidrostática de Arquímedes.
En 1589 alcanza el puesto de profesor de matemática en la Universidad de Pisa.
Entre 1590 y 1591 trabaja en la aplicación de la cicloide al diseño de arcos de
puentes.
En esa época explica la física de Aristóteles y el sistema de Ptolomeo, pero
publica su primera obra de mecánica (“De Motu”)
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9.- Galileo Galilei
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Entre 1592 y 1610 se translada a Padua, en cuya Universidad trabaja como
profesor de Geometría, Mecánica , Astronomía y Arquitectura Militar.
El año 1604 fue de gran actividad para Galileo :
- En julio, prueba su bomba de agua aspirante-impelente
- En octubre, descubre la ley del movimiento uniformemente acelerado, que él
asocia a una ley de velocidades errónea.
- En diciembre, comienza sus observaciones de una nova. Estudia en profundidad
este suceso, y en febrero de 1605 publica, junto con Spinelli “Dialogo de Cecco di
Ronchitti in Perpuosito de la Stella Nova”.
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9.- Galileo Galilei
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Hemos visto que uno de los dogmas fundamentales de la física de Aristóteles
establece la inalterabilidad del mundo supralunar.
Por tanto, la aparición de una nueva estrella en el cielo, y su desaparición
repentina, supone una contradicción evidente con dicho dogma.
A pesar de ello, Galileo continúa todavía como aristotélico convencido en sus
manifestaciones públicas (enseñanza en la Universidad, lecciones, etc), pero en
privado apoya la interpretación de Copérnico.
Trabaja para hallar una prueba irrefutable para apoyar el modelo de Copérnico.
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9.- Galileo Galilei
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15-1-2010

El desarrollo de las ideas sobre el movimiento llevó a Galileo varias décadas.
Durante este tiempo fue afinando sus hipótesis, y las plasmó en escritos según el
estilo de la época, es decir, mediante “diálogos”.
Mostramos a continuación un ejemplo tomado de uno de los diálogos en los que
se pone a prueba la física de Aristóteles (el diálogo se realiza entre Salviati,
Simplicio y Sagredo, personajes ficticios, pero hoy en día las opiniones de
Sagredo se suelen interpretar como las del propio Galileo):
Salviati: Abrigo una gran duda acerca de que alguna vez se haya probado
mediante experiencias la afirmación de Aristóteles de que dos piedras, una con
un peso diez veces mayor que la otra, si se dejan caer en el mismo instante,
desde una altura de, digamos 100 codos, difieren en su velocidad de forma que
cuando la más pesada haya llegado a la tierra, la más ligera no ha caído aún más
de 10 codos.
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9.- Galileo Galilei
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15-1-2010

En su respuesta a esta afirmación, Simplicio intenta rehuir la realización del
experimento, y propone examinar con más detalle los escritos de Aristóteles:
Simplicio: Su lenguaje parece indicar que había intentado hacer el experimento,
porque dice: Vemos el más pesado, luego la palabra “vemos” indica que había hecho
el experimento.
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Luego Sagredo se une al diálogo, y dice:
Sagredo: Pero Simplicio, yo, que he realizado realmente la prueba, puedo
asegurar que una bola de cañón que pese cien o doscientas libras, o incluso más,
no llega a tierra por delante de una bala de mosquete que pese sólo media libra,
siempre que ambos se dejen caer al mismo tiempo desde una altura de 200
codos.
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9.- Galileo Galilei
UPTC
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Estas frase finales marcan el comienzo de la era moderna de la
ciencia :
Las afirmaciones sobre el mundo físico realizadas por las
personas con autoridad, no importa cuán inteligentes o
veneradas sean, hay que contrastarlas mediante una prueba
experimental, en la que puedan confirmarse, o ser rechazadas
(falsabilidad).
La leyenda cuenta que Galileo realizó este experimento lanzando objetos desde la
torre inclinada de Pisa, pero los experimentos se realizaron realmente sobre
planos inclinados.
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9.- Galileo Galilei
UPTC
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En 1592, Galileo visita al matemático Guidobaldo
del Monte. Junto con éste realiza experimentos de
lanzamiento de una esfera sobre un plano
inclinado, simulando el movimiento de un proyectil.
Observan que la trayectoria es curva, y Galileo
deduce que esa curva se puede aproximar
mediante catenarias (es lo más que se podría pedir
a alguien en esa época, Newton no nace hasta
1674)
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9.- Galileo Galilei
UPTC
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Continúa los estudios sobre el
movimiento, y halla que la
trayectoria de cuerpos
lanzados horizontalmente con
velocidad uniforme es curva.
Este resultado difiere de las
ideas aristotélicas, según las
cuales la trayectoria está
compuesta de dos partes:
En la primera parte el
movimiento es rectilíneo
horizontal (“movimiento
violento”).
En la segunda parte, el
movimiento es rectilíneo
vertical (“movimiento
natural”).
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9.- Galileo Galilei
UPTC
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Explicación gráfica de las
diferencias de concepto entre
los movimientos según
Aristóteles y Galileo
En la figura inferior, vemos
que Galileo considera el
movimiento del cuerpo
lanzado horizontalmente como
si estuviese compuesto de dos
movimientos independientes:
-Un movimiento uniforme
horizontal
-Un movimiento vertical con
aceleración uniforme
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9.- Galileo Galilei
UPTC
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En 1606 Galileo construye su primer termoscopio, primer aparato de la historia
que permite comparar de manera objetiva el nivel de calor y de frío.
El termoscopio era, en principio, un termómetro basado en la dilatación del aire al
aumentar su temperatura. Servía para visualizar la diferencia de temperatura
(positiva o negativa) entre dos cuerpos. No disponía de un “cero”, y por tanto no
podía medir la temperatura.
Entre 1606 y 1609 Galileo estudia las propiedades magnéticas de los imanes.
Todavía se pueden contemplar sus trabajos en el museo de historia de Florencia
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En mayo de 1609 se entera de la existencia de un telescopio que permite ver los
objetos lejanos. Este aparato está fabricado en Holanda y Galileo es capaz de
construir su primer telescopio.
Se trata de una mejora respecto del telescopio holandés, puesto que Galileo
consigue que su aparato no deforme los objetos y consigue un aumento de 6
veces. Otro logro de Galileo es conseguir que el telescopio no invierta las
imágenes, mediante el uso de una lente divergente en el ocular.
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El 21 de agosto de 1609 presenta al Senado de Venecia su segundo telescopio
(aumenta ocho o nueve veces). La demostración tiene un éxito enorme, y Galileo
ofrece su instrumento y lega los derechos a la República de Venecia. En
recompensa, es confirmado en su puesto de Padua.
Pero los instrumentos fabricados por Galileo son de calidad muy variable.
Algunos telescopios son prácticamente inutilizables (al menos en observación
astronómica).
Galileo reconoció en marzo de 1610 que, entre más de 60 telescopios que había
construido, solamente algunos eran adecuados. Numerosos testimonios, incluido
el de Kepler, confirman la mediocridad de los primeros instrumentos.
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9.- Galileo Galilei
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Durante el resto del año 1609, Galileo continuó desarrollando su telescopio, y
llega a fabricar un instrumento que aumenta veinte veces.
Sigue observando el cielo, y al observar las fases de la Luna, descubre las
irregularidades de su superficie. Etas irregularidades no son compatibles con el
dogma aristotélico.
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También observó una zona de
transición entre la zona
iluminada y la zona en sombra,
que hoy en día se llama
“terminador”. Esta transición
es muy irregular, lo cual es
contradictorio con el dogma
aristotélico.
Por otro lado, estas
irregularidades le permiten
afirmar la existencia de
montañas en la Luna. Galileo
incluso estima su altura en
7000 metros, más que la
montaña terrestre más alta
conocida en la época.
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9.- Galileo Galilei
Observación de Galileo Observación de Harriot
Galileo no es el único, ni el primero, en observar la
Luna al telescopio. Estas figuras muestran los
resultados de Galileo y Harriot hacia 1610.
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En 1610 publica
“Sidereus Nuncius”,
(en español Mensajero
de las Estrellas), donde
muestra los resultados
de sus observaciones
astronómicas.
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9.- Galileo Galilei
Evolución de la
posición de los
satélites de Júpiter
Resolución en
estrellas de una zona
de la Via Láctea
“nebulosa de la
cabeza de Orión”
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Galileo considera que Júpiter y sus satélites son un modelo del Sistema Solar.
Por lo tanto, afirma que:
- No todos los cuerpos celestes giran alrededor de la Tierra (corrige así a los
aristotélicos)
- No todos los cuerpos celestes giran alrededor del Sol (y corrige así a algunos
copernicanos)
Obtiene el reconocimiento oficial de la corte de Toscana.
El mismo Kepler ofrece su reconocimiento y apoyo a estas ideas de Galileo
(hay abundante correspondencia entre ambos).
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9.- Galileo Galilei
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En 1610 observa Saturno, pero la poca calidad de su telescopio no le permite
dar una explicación de la forma que observa.
En 1611 observa Venus, y detecta la presencia de fases en este planeta.
Al presentar estos resultados, su antiguo alumno Benedetto Castelli demuestra
que la presencia de fases completas en Venus no tiene explicación mediante el
modelo de Ptolomeo, pero sí mediante el modelo de Copérnico (ver página
siguiente).
Esta demostración reafirma la confianza de Galileo en la certeza de sus ideas
acerca del modelo copernicano.
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9.- Galileo Galilei
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En 1611, el Colegio Romano, cuyo miembro más eminente era el jesuita
Christopher Clavius confirma que las observaciones de Galileo son ciertas.
Pero la Iglesia no se pronuncia oficialmente sobre las conclusiones de
Galileo.
Aparentemente la posición de Galileo parece sólida, pero hacia 1611
comienzan los ataques de los partidarios de las teorías geocéntricas de
Aristóteles.
Los métodos de investigación de Galileo, basados en la observación y la
experiencia, son totalmente contrarios a los que se basan en el prestigio de
los antiguos (especialmente Aristóteles). Galileo llega a evitar cualquier
comparación con ellos.
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En 1611, el cardenal Belarmino, que condujo el juicio contra Giordano Bruno
(fue condenado a morir en la hoguera en 1600), ordena que la Inquisición
realice una investigación discreta sobre Galileo.
Pero desde el punto de vista astronómico, la posición de Galileo es
inatacable.
En 1612 Galileo demuestra que las manchas solares están situadas sobre la
superficie misma del Sol, o tan próximas que no se puede medir su altitud,
refutando así la teoría de Scheiner, que afirmaba que las manchas son
grupos de estrellas situadas entre el Sol y la Tierra.
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9.- Galileo Galilei
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A finales de 1612 y durante 1613 se reanudan los ataques desde diferentes
frentes, a los que Galileo responde mostrando los resultados de sus
observaciones astronómicas.
En 1615 la Inquisición pide a Galileo que se presente en Roma para
defenderse contra las calumnias y sobre todo para tratar de evitar una
prohibición de la doctrina copernicana. Pero le falta la prueba irrefutable de
la rotación de la Tierra para apoyar sus requerimientos.
Galileo es denunciado, y la Inquisición comienza la instrucción del proceso.
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A comienzos de 1616, Galileo presenta su teoría sobre las mareas (Discorso
del Flusso e Reflusso).
Galileo pretendía demostrar que las mareas estaban producidas por el
¡movimiento de la Tierra!.
Esta teoría está en directa contradicción con el principio de inercia ya
enunciado por el propio Galileo, y que quedará recogido en “Los dos
principales sistemas del Mundo”.
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La Inquisición continúa con el proceso para condenar la teoría copernicana,
y en febrero de 1616 (ese año mueren Cervantes y Shakespeare) se le
comunica la condena.
La condena del sistema de Copérnico no va dirigida contra Galileo, pero se
le exige que explique sus teorías como un modelo matemático, sin realidad
física.
Esta petición se extiende a todos los países católicos y afecta a varios
estudiosos, tales como Diego de Zúñiga, etc.
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En 1618, Galileo observa el pasaje de tres cometas. Se vuelve a plantear la
cuestión de la perfección de los objetos celestes.
En 1619 Grassi publica un estudio en que defiende la teoría de Tycho Brahe
sobre los cometas por la cual éstos son objetos reales que se mueven
según trayectorias elípticas.
Galileo responde por intermedio de su alumno Guiducci publicando una
teoría que afirma que los cometas son ¡meras ilusiones ópticas!.
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9.- Galileo Galilei
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Los años siguientes hasta 1624 se siguen produciendo los ataques de los
aristotélicos, pero sin grandes contratiempos para Galileo.
En 1624 sigue desarrollando el microscopio compuesto.
En 1624 el Papa Urbano VIII le encarga escribir un libro que presente de
forma equilibrada los sistemas geocéntrico de Ptolomeo y copernicano. Este
libro se titulará “Dialogo sobre los dos principales sistemas del mundo”, y
constituirá la obra máxima de Galileo.
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9.- Galileo Galilei
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Galileo trabaja en la redacción del “Diálogo sobre los dos principales
sistemas del mundo” hasta 1631, e intenta que lo acepte la censura
eclesiástica.
En 1632, Galileo está protegido por el Papa Urbano VIII y por Fernando II de
Médicis, Duque de Toscana. Con estos apoyos Galileo logra que la obra se
imprima.
En este libro Galileo presenta el sistema geocéntrico de Ptolomeo de una
forma ridícula, y descalifica a los partidarios de ese sistema usando
calificativos grotescos. De esta forma, Galileo incumple el mandato de
Urbano VIII y contraviene la condena de 1616.
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9.- Galileo Galilei
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Este “Diálogo sobre los dos principales sistemas del mundo”
es el resultado de los largos años que Galileo ha trabajado
para buscar una prueba física que muestre el movimiento de
la Tierra, pero al no hallar ninguna, opta por demostrar que
ese movimiento, que para Galileo sí existe, no es detectable.
Ante esta situación, desarrolla el concepto de movimiento inercial, y lo
incluye en su obra.
Este concepto supone una ruptura radical con respecto de uno de los
principios de Aristóteles que sustentan el geocentrismo:
El mundo supralunar se rige por leyes desconocidas en el
mundo sublunar
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9.- Galileo Galilei
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En esta obra presenta de la forma habitual, es decir, como un diálogo, un
experimento (¿solo mental?) del que se deducen los principios fundamentales de
la mecánica moderna, y que llamamos los principios de la mecánica de Galileo:
• El Principio de Inercia
• El concepto de sistema de referencia inercial
• El principio de relatividad del movimiento inercial
• El concepto de invariante físico
(estas expresiones son modernas, pero expresan las ideas de Galileo)
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9.- Galileo Galilei
UPTC
15-1-2010

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9.- Galileo Galilei
Galileo expresa su experimento ¿mental? de la forma siguiente:
Encerraos con algunos amigos en un vasto lugar bajo el puente de un navío…
Suspended a cierta altura un cubo, y dejad caer agua, gota a gota, en un
recipiente de gollete estrecho situado directamente debajo…….
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El principio de relatividad del movimiento inercial se puede expresar así:
Todo movimiento simple (rectilíneo y uniforme) de un cuerpo es relativo
respecto de un sistema de referencia (en la actualidad, estos sistemas de
referencia se califican como inerciales).
Las consecuencias principales de este principio de relatividad son:
1.- No existen los movimientos simples (rectilíneos y uniformes) absolutos,
siempre son relativos con respecto a algún sistema de referencia externo.
2.- Ningún experimento de mecánica que se realice en el interior de un sistema
en estado de reposo, o de movimiento simple (rectilíneo y uniforme), puede
detectar el estado de reposo, o de movimiento simple.
(estas expresiones son modernas, pero expresan las ideas de Galileo)
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9.- Galileo Galilei
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3.- Para calcular las
coordenadas de un punto
respecto de un sistema de
referencia que se halle en
movimiento con velocidad
Vx respecto de cualquier
otro sistema de referencia,
se aplica el llamado grupo
de transformación de
Galileo:
x’= x + vxt y’= y z’= z
t’= t
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9.- Galileo Galilei
(En un lenguaje moderno, diríamos que las velocidades se
suman aplicando las reglas de la composición de vectores)
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Galileo deduce de este experimento mental una explicación de la
imposibilidad de detectar el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de
su eje, y el de translación alrededor del Sol, y apuntala así el modelo
copernicano.
En períodos de tiempo relativamente cortos (como máximo de unos
minutos), el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su eje, supone
que para cualquier observador ese movimiento sea rectilíneo y uniforme, y
por tanto indetectable (principio de relatividad).
En períodos de tiempo relativamente cortos (como máximo de unas
semanas), el movimiento de la Tierra alrededor del Sol es aproximadamente
rectilíneo y uniforme, y por tanto indetectable también (principio de
relatividad).
Es decir, la Tierra rota y se mueve, pero no es posible detectar estos dos
movimientos
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9.- Galileo Galilei
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15-1-2010

Hacia 1851 Foucault desarrolló su péndulo, con el cual pudo mostrar el
movimiento absoluto de rotación de la Tierra.
Como veremos al finalizar estas charlas, todos los
movimientos son relativos respecto de un sistema de
referencia (Einstein), y por lo tanto ¡las conclusiones de
Galileo, Newton, Foucault y tantos otros científicos no serían
aceptables hoy en día!
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9.- Galileo Galilei
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15-1-2010

Muchos estudiosos consideran en la actualidad que las razones reales de la
condena de Galileo en 1633 hay que buscarlas en ese comportamiento
despectivo y burlesco, así como el haber contravenido la prohibición de
presentar el sistema copernicano de forma equilibrada con el sistema
ptolemaico.
Puede afirmarse, por tanto, que la defensa del sistema copernicano no pesó
demasiado en la condena de Galileo.
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9.- Galileo Galilei
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En junio de 1633 se emite la sentencia: Galileo es condenado a prisión
perpetua. Esta pena fue conmutada inmediatamente por arresto domiciliario
perpetuo, y su obra es prohibida.
Además, Galileo tiene que pronunciar la fórmula de abjuración que había
preparado la Inquisición.
Galileo no pronunció jamás la famosa frase «Y sin embargo se mueve»
Pero rápidamente la condena fue cambiada por la obligación de rezar una
vez por semana unas oraciones penitenciales, durante el plazo de tres años,
más la de no alejarse demasiado de su casa en Arcetri. Esta última pena fue
levantada enseguida
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9.- Galileo Galilei
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15-1-2010

Entre 1633 y 1638 Galileo permanece confinado en su casa de Florencia.
En 1636 hace llegar a Holanda el manuscrito de su obra “Discursos sobre
dos nuevas ciencias”, donde se publica.
Galileo establece en este libro los fundamentos de la mecánica en tanto que
ciencia y que marca así el fin de la física aristotélica.
Intenta también establecer las bases de la resistencia de los materiales, con
menos éxito.
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9.- Galileo Galilei
UPTC
15-1-2010

Galileo se instala cerca del mar, y vive rodeado de sus discípulos (Torricelli,
etc), trabajando en astronomía y otras ciencias.
En 1641 Galileo trata de aplicar la oscilación del péndulo a los mecanismos
del reloj.
El 8 de enero de 1642 Galileo muere en Arcetri, a la edad de 78 años.
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9.- Galileo Galilei
UPTC
15-1-2010

La Iglesia autoriza las obras sobre el sistema de Copérnico en el siglo XVIII:
En 1741 ante la prueba óptica de la órbita de la Tierra, hizo que el Santo
Oficio diese al impresor la primera edición de las obras completas de
Galileo.
En 1757 las obras favorables al heliocentrismo fueron autorizadas de nuevo,
siendo retiradas del Índice
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9.- Galileo Galilei
UPTC
15-1-2010

El hecho de que Galileo no utilizase nunca los métodos matemáticos de Kepler
(las trayectorias de planetas son curvas cónicas), a pesar de que la abundante
correspondencia entre ambos muestra que no podía ignorar esos métodos, ha
intrigado profundamente a los historiadores.
Este hecho muestra un rasgo de ¿incapacidad para entender?, ¿obcecación en
sus propias ideas?
"Fue el anhelo de Galileo por hallar una prueba mecánica del movimiento de la
Tierra lo que le llevó a formular una teoría incorrecta sobre las mareas. Los
fascinantes argumentos en la última conversación (del libro “Los dos máximos
sistemas del Mundo”) difícilmente podrían haber sido aceptados como pruebas
por el mismo Galileo, si su temperamento no se hubiera interpuesto.”
A. Einstein
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9.- Galileo Galilei
UPTC
15-1-2010

Todas las teorías relativas al modelo del cosmos (Ptolomeo, Copérnico, Tycho
Brahe, Kepler, Galileo, etc.) adolecen de una grave deficiencia:
No explican las razones por las que un cuerpo celeste, tal como la Tierra, la
Luna, etc., pueden rotar alrededor de otro cuerpo, sin salir despedidos, como
se suele decir vulgarmente “por la tangente”.
No hay constancia de que esta grave carencia se discutiera en su día, y por lo
tanto, durante muchos años los estudiosos siguieron dudando de la validez
absoluta de los modelos citados. Se consideraban como meros modelos
matemáticos, sin contenido físico, a pesar de la evidencia observacional
astronómica.
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10.- Isaac Newton
UPTC
15-1-2010

Hay que esperar al año 1687, que es cuando Newton publica su obra
fundamental “Philosophiae naturalis principia mathematica”, en la que
propone su teoría de la gravitación universal, para encontrar una explicación
física del movimiento de unos cuerpos celestes alrededor de otros.
Este inmenso logro conceptual se debe a Isaac Newton, pero aún hoy en día
pervive entre los historiadores de la ciencia la controversia acerca de la
prioridad o importancia de las ideas de Galileo (muerto en 1642, no lo
olvidemos), en el desarrollo de las ideas de Newton.
Lo que admite poca discusión es el papel fundamental que representó
Galileo en la crítica a la física de Aristóteles en un principio, y finalmente, a
su abandono por todos los científicos del siglo XVII.
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10.- Isaac Newton
UPTC
15-1-2010

La figura de Isaac Newton (1643-1727) merece un estudio tan profundo y
extenso como el que hemos dedicado a Galileo, pero debemos ceñirnos al
objeto de estas charlas, y pasaremos sin entrar en detalles en su vida.
En 1661 ingresa en la universidad de Cambridge, donde estudia
matemáticas. Durante varios años desarrolla los principios del cálculo
infinitesimal, de forma independiente a los trabajos de G. Leibniz. Aún hoy
en día se mantiene viva la polémica acerca de la primacía en el desarrollo
del cálculo infinitesimal, puesto que es muy verosímil que fuese G. Leibniz
quien lo desarrollase en la forma en que se aplica actualmente.
Newton fue profesor lucasiano de matemáticas en Cambridge desde 1669
(este puesto lo ostenta hoy S. Hawking) y en 1668 construye un telescopio
perfeccionado (nótese el paralelismo con Galileo).
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10.- Isaac Newton
UPTC
15-1-2010

Es justo reconocer que “Philosophiae naturalis principia mathematica”,
como atestigua la abundante documentación que se conserva, recoge la
influencia de las ideas, discusiones y polémicas sostenidas entre Newton,
Halley, Hook y otros estudiosos, y por tanto no es una obra absolutamente
exclusiva de Newton.
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10.- Isaac Newton
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15-1-2010

Con la publicación en 1687 de “Philosophiae naturalis principia mathematica”,
que es además de su obra cumbre una de máximas expresiones del
pensamiento de la humanidad, quedan explicados los elementos siguientes:
1.- Primera ley de Newton: El principio de inercia. Un cuerpo se mantiene en un
estado de reposo o de movimiento uniforme y rectilíneo a menos que actúe
sobre él una fuerza externa.
2.- Segunda ley de Newton: Relación matemática entre masa, fuerza y
aceleración. Donde Galileo daba una idea cuantitativa, Newton avanza mucho
más allá, y establece una relación matemática.
3.- Tercera ley de Newton: Un concepto de fuerza absolutamente original.
Igualdad y simultaneidad de la fuerza newtoniana y su reacción
4.- El principio de gravitación universal. Este principio explica, entre otros
muchos elementos, las leyes de la caída de los cuerpos y la posibilidad de
existencia de órbitas elípticas de los cuerpos celestes.
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10.- Isaac Newton
UPTC
15-1-2010

5.- Newton adopta el principio de relatividad de Galileo para los movimientos
simples (rectilíneos y uniformes). Desde entonces se denomina principio de
relatividad de Galileo-Newton
6.- Newton aplica los métodos matemáticos recién elaborados por él mismo y
otros grandes matemáticos a todos estos conceptos físicos. Se avanza
enormemente puesto que ya no se trata de descripciones cualitativas, sino que
se pueden realizar predicciones numéricas, que se pueden verificar tanto
mediante experimentos como mediante observaciones.
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10.- Isaac Newton
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15-1-2010

Newton estudia los movimientos con aceleración (por ejemplo, los cuerpos en
rotación), y deduce que estos movimientos son relativos respecto de un
espacio absoluto.
Newton no utiliza en sus escritos ninguna expresión tal como “espacio
absoluto” o similar, pero queda bastante claro que utiliza un concepto de
espacio absoluto.
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10.- Isaac Newton
UPTC
15-1-2010

Una consecuencia
inmediata de esta
idea es que el estado
de reposo o
movimiento de
rotación se puede
detectar mediante
experimentos de
mecánica que se
realicen en el interior
de los propios
cuerpos en rotación.
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10.- Isaac Newton
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15-1-2010

Los principios de Newton propician un intenso desarrollo de la física hasta
mediados del siglo XIX.
Durante ese período de tiempo se produce un avance muy importante en
Astronomía, facilitado en parte por la construcción de grandes telescopios
(Herschell, etc), y por la exactitud de los cálculos que permiten los métodos de
Newton
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10.- Isaac Newton
UPTC
15-1-2010

Desde comienzos del siglo XIX se inician las investigaciones del
electromagnetismo (Faraday, etc), pero hacia medidos del siglo XIX se da un
gran impulso al desarrollo de esta rama de la física, con el desarrollo por
Maxwell de las ecuaciones que llevan su nombre (publicación de 1864).
Estas fórmulas suponen un salto importantísimo, puesto que permiten tratar
matemáticamente los campos electromagnéticos, y de las cuales se deduce
que esos campos pueden transmitir ondas. De este resultado se deduce
también que la luz es una onda electromagnética.
Hacia 1887 Hertz descubre las ondas electromagnéticas predichas por la teoría
(ondas hertzianas) en el rango de frecuencias de radio.
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11.- La crisis del espacio absoluto
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15-1-2010

Por esas fechas se trata de dar un contenido físico al concepto de campo
electromagnético, y algunos científicos ven la posibilidad de que el “espacio
absoluto” postulado por Newton se pueda identificar con el espacio en el que
existen los campos electromagnéticos.
En los escritos de la época comienza a emplearse el nombre de “éter” para
designar tanto el espacio absoluto de Newton, como el espacio de los campos
electromagnéticos
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15-1-2010

En 1851 Hyppolite Fizeau realiza
un experimento para medir el
índice de refracción en líquidos en
movimiento. El resultado es
incompatible con la ley de
composición de velocidades de
Galileo.
Parece como si el movimiento del
agua produjese un “arrastre
parcial del éter”
U: Velocidad de la luz en el líquido
c: Velocidad de la luz en el vacío
v: Velocidad del líquido
n: Índice de refracción en reposo
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U = c/n + v(1-1/n2) o bien U = c/n – v(1-1/n2)
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15-1-2010

Recordemos las consecuencias del principio de relatividad de Galileo-Newton:
- No existen los movimientos simples (rectilíneos y uniformes) absolutos,
siempre son relativos con respecto a algún sistema de referencia externo.
- Ningún experimento de mecánica que se realice en el interior de un sistema
en estado de reposo, o de movimiento simple (rectilíneo y uniforme), puede
detectar el estado de reposo, o de movimiento simple.
Hacia 1880 el desarrollo de la física ha llegado a un punto que permite
considerar la realización de un experimento, no ya de mecánica, sino de
electromagnetismo, para poner a prueba el principio de relatividad de Galileo-
Newton, mediante la posibilidad de mostrar el movimiento de la Tierra respecto
del espacio absoluto.
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UPTC
15-1-2010

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Esquema del experimento de Michelson-Morley.
Se realiza el experimento, orientando el equipo según figura izquierda, y no se detecta
ningún movimiento de la Tierra respecto del “éter”. Ser repite el experimento según la
figura derecha, y tampoco se detecta ningún movimiento.
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15-1-2010

En 1881 Michelson realiza la primera versión del experimento citado. En
1887 cambia el diseño junto con Morley, y repite el experimento. El diseño
del experimento es de la mayor precisión imaginable en esa época.
La base conceptual del experimento supone la existencia de un sistema de
referencia constituido por un “éter” inmóvil (el espacio absoluto de Galileo-
Newton), respecto del cual la Tierra se mueve.
Suponiendo válidas las conclusiones del principio de relatividad de Galileo-
Newton, la velocidad de la luz se verá afectada por ese movimiento, y en
alguna de las partes del recorrido de los rayos, la velocidad de la luz se
debe calcular mediante el grupo de transformación de Galileo:
vluz-Tierra = vluz-éter - vTierra-éter
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15-1-2010

Los resultados de este experimento no muestran ningún movimiento del tipo que
se busca (dentro del campo de los errores experimentales). Este resultado
provoca una crisis importante en el campo de la física, y da lugar a que muchos
científicos desarrollen hipótesis para aclarar ese resultado negativo.
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En 1895 Lorenz adelanta la hipótesis de que los cuerpos en movimiento
sufren en una contracción en el sentido del movimiento.
Esto explicaría el resultado del experimento de Michelson-Morley, puesto
que la luz cambiaría de velocidad, pero recorrería longitudes distintas, con
el resultado final de que los tiempos requeridos para realizar el camino
total serían iguales.
A esta hipótesis siguió un intenso trabajo para explicar las bases físicas
de esa “contracción”.
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Entre 1905 y 1915 A. Einstein publica los resultados de sus trabajos
acerca del experimento de Fizeau y las teorías acerca del “éter”
propuestas por varios científicos, así como las interpretaciones de
Poincaré, etc.
Estos resultados se suelen denominar “teoría de la relatividad”, que
supuso en su día una revolución muy profunda de los fundamentos
aceptados sobre los que se basaba la física (la mecánica y el
electromagnetismo).
Una explicación pormenorizada de la teoría de la relatividad está fuera del
alcance del autor de estas notas, y por lo tanto, daremos solamente una
descripción de sus características principales.
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• Se propone una entidad denominada espacio-tiempo, que sustituye al
espacio y al tiempo absolutos de Newton.
• El concepto familiar de simultaneidad solo tiene sentido en condiciones
especiales de movimiento relativo.
• La velocidad de la luz es un invariante, es decir tiene un valor igual para
todas las mediciones que se realicen respecto de cualquier sistema de
referencia.
• En consecuencia, las velocidades de objetos en movimiento respecto de
sistemas de referencia inercial no se pueden “sumar” con el método de
Galileo, sino el método de Lorentz.
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•No existe un espacio absoluto (el “éter”) respecto del cual se puedan
referir ciertos movimientos (por ejemplo, las rotaciones)
• Todos los movimientos con aceleración son equivalentes a un efecto
gravitatorio, y viceversa.
• Todos los movimientos, incluso los que tienen aceleración, son relativos
respecto de un sistema de referencia material.
• La gravedad no es una fuerza newtoniana, sino el resultado de una
modificación de la estructura del espacio-tiempo, provocada por la
presencia de la materia
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Imagen empleada para mostrar
como la gravedad se puede
considerar como el resultado de
una modificación de la estructura
del espacio-tiempo, provocada
por la presencia de la materia.
Las trayectorias de los cuerpos
bajo la acción de la gravedad son
geodésicas del espacio tiempo,
con una duración mínima del
recorrido.
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La interpretación de A. Einstein se somete a verificación observacional:
¿Dónde se puede poner a prueba el conjunto de hipótesis de Einstein?.
Como ya hicieran Galileo y Newton, en el laboratorio más grande que
existe: el espacio estelar.
Las observaciones más importantes que se realizan en esa época y
apuntalan con datos observacionales la teoría de la relatividad de Einstein
son:
• Cálculo de la discrepancia entre la magnitud de la rotación del perihelio
de Mercurio observada, y la predicha por los cálculos según los métodos
de Newton
• Comprobación de la modificación de la trayectoria de rayos de luz por el
efecto gravitatorio de la materia
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En 1915 se realizó el cálculo correspondiente a Mercurio, y en años más
recientes a otros planetas, como la Tierra.
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En ausencia de materia que se
interponga, la a trayectoria de
un rayo de luz procedente de un
objeto es rectilínea.
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La presencia de materia
modifica la geometría
del espaciotiempo.
La trayectoria de un rayo
de luz procedente de un
objeto se curva.

La posición aparente del objeto es errónea.
Verificación experimental de A. Eddington en 1919. Volver a Índice
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Vemos que el paso del tiempo (unos trescientos años) ha traído consigo
unos cambios tan profundos en los conceptos que explican aspectos
importantes del mundo físico, que podríamos pensar que las ideas tan
valientes y fructíferas de Galileo han perdido todo su valor, y que es mejor
olvidarlas porque no sirven para nada.
Algo parecido podríamos decir de los logros de Newton en los campos de
la ciencia.
Pero hay por lo menos tres razones por las cuales no debemos caer en el
error de hacer un juicio apresurado, y despreciar los logros de Galileo y
de Newton.
Estas razones se explican a continuación:
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12.- Posición de los trabajos de Galileo – Newton
desde un punto de vista actual
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Primera razón:
Tanto Galileo como Newton, pero especialmente el primero, nos enseñan
un lección profunda: las ideas comúnmente aceptadas pueden ser
erróneas, no importa la fama y prestigio de sus proponentes. Por lo tanto,
es nuestro deber trabajar para construir sobre la herencia recibida, no
aceptándola como un conjunto de dogmas.
Segunda razón:
El principio de inercia, el principio de relatividad de los movimientos
simples y la composición de velocidades de Galileo siguen siendo válidos
para casos en los cuales las velocidades sean mucho menores que la
velocidad de la luz, que casi sin excepción, son los habituales en los
sistemas terrestres.
La ley de gravitación de Newton sigue siendo válida para los casos en los
que las masas y velocidades no sean excesivamente grandes.
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Tercera razón:
Muchos científicos de la talla de A. Einstein, H. Poincaré, S. Hawking, S.
Penrose, etc. recurren a los conceptos de la mecánica de Galileo y a los
métodos de Newton para mejor presentar sus propias teorías. Es
sorprendente la cantidad abrumadora de referencias directas que los
libros de los científicos indicados hacen a los principios de Galileo y
Newton.
Estas referencias no tienen nunca el carácter de ejemplos de errores
cometidos por ignorancia, sino que se presentan como ejemplos de
ingenio e independencia intelectual.
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Recordemos a Galileo en el Año Astronómico Internacional 2009.

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