Análisis detallado de la revolucionaria teoría física propuesta por el astrónomo prusiano Nicolás Copérnico
EL HELIOCENTRISMO COPERNICANO
La propuesta heliocéntrica presentada por Nicolás Copérnico en su obra De revolutionibus orbium coelestium publicada en 1543 es una de las teorías físicas más importantes, influyentes y transformadoras de la historia de occidente.
No obstante, no es posible comprender la propuesta de Copérnico ni el calado de su revolución si no analizamos previamente a qué tipo de teoría se enfrentó. Antes de adentrarse en Copérnico hemos de conocer a los dos grandes campeones de la física y la astronomía de occidente: Aristóteles y Ptolomeo.
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La física de Aristóteles
Tal como aparece reflejado en sus tratados dedicados a la filosofía natural titulados Física, Acerca del Cielo y Meteorológicos, el mundo aristotélico está dividido en dos regiones separadas por la luna: el mundo sublunar y el mundo supralunar. La totalidad del mundo físico, en cuyo centro se halla la tierra está limitado por una última capa o esfera de las estrellas fijas fuera de la cual no hay nada en absoluto. Es decir, el universo aristotélico es finito y está limitado a lo que hoy denominamos sistema solar. Tuvieron que pasar siglos para que el ser humano se convenciera de que el universo sobrepasaba los límites del sistema solar y de su galaxia. De hecho no fue hasta el siglo XX cuando Edmund Hubble demostró que las llamadas nebulosas o acumulaciones de polvo eran, en realidad galaxias enteras situadas a miles de millones de años luz de distancia.
El nombre de esfera de las estrellas fijas proviene de las observaciones empíricas que muestran que, si no prestamos atención a los planetas, el conjunto total de los cuerpos celestes observables por las noches, las estrellas se mueven todas juntas y a la vez. Esto se debe, según Aristóteles a que están literalmente pinchadas en la última gran esfera que se mueve de este a oeste arrastrando con ella las estrellas. Por tanto, la estructura que presenta el cosmos aristotélico es: tierra inmóvil en el centro del universo, por encima de ella la esfera de la Luna y después los cinco planetas y el Sol.
¿Por qué se consideraba correcta esta estructura? Aristóteles y sus sucesores, que perpetuaron la idea los siguientes dos mil años, consideraron correcta el modelo cosmológico porque reflejaba de forma fiel aquello que es experimentado por los sentidos de cualquier ser humano. No se trataba de una invención fantasiosa o una narración sobre dioses sino que se atenía a las apariencias, a lo observable. El mundo es así porque así se aparece a nuestros sentidos. Los sentidos nos informan de que:
- La tierra no se mueve
- La tierra está en el centro
La idea de que puede haber cosas ocultas detrás de la experiencia, cosas que ésta no puede captar, que puede fallar y engañarnos de forma absolutamente radical. Que lo experimentado no tiene, en muchos casos nada que ver con la verdadera estructura del cosmos (microscópico) es algo extraño y completamente ajeno al optimismo aristotélico. Esta idea de lo oculto, de lo inefable tardará en aparecer en Europa y, curiosamente, lo hará sustentada por ideas de tipo religioso o mistérico.
Copérnico: El problema de las Esferas
Frente a esta noción aristotélica del cosmos se alzó Copérnico, pensador prusiano (biografía y obras), que señaló la existencia de un problema en la física de Aristóteles que debía ser superado, conocido por el nombre de “problema de las esferas”.
Tal como hemos visto, en el sistema aristotélico en el que la Tierra estaba en el centro del universo, el Sol se mueve diariamente a su alrededor de Este a Oeste. Pero los griegos sabían que a lo largo del año el Sol no sale todos los días por el mismo punto ni se pone por el mismo lugar sino que además de su movimiento diurno dibuja un movimiento anual en el cual su punto de salida y ocaso se mueve ligeramente cada día. Las observaciones mostraban que el sol dibuja, además un movimiento de Norte a Sur durante el año. Según la física aristotélica estos tres movimientos del sol se podían explicar por medio de la existencia de tres esferas de éter. El sol estaba pinchado en la más interior que gira de Este a o Este.
Por tanto, para explicar el movimiento del Sol, la física aristotélica exigía el uso de tres esferas homocéntricas. Sin embargo, la complejidad no se quedaba aquí porque la Luna posee también un movimiento diario, un movimiento mensual y un movimiento anual de 7 grados sobre la eclíptica de norte a sur. A su vez, los cinco planetas necesitan cada uno de cuatro esferas rotatorias para explicar el movimiento de cada uno.
5 planetas x 4 esferas = 20
Luna x 3 esferas = 3
Sol x 3 esferas = 3
Esfera de las estrellas fijas = TOTAL 27 esferas
Pero para ganar mayor precisión y corregir fallos y aberraciones varias en el Acerca del Cielo Aristóteles propone añadir 29 esferas más hasta un total de 56 esferas homocéntricas para explicar el cosmos.
La física de Claudio Ptolomeo
A pesar de atender seriamente a lo observable e introducir el complejo sistema de esferas que solucionaba muchísimos problemas observaciones, la física aristotélica estaba aquejada de tres problemas capitales que intentó solucionar Ptolomeo, astrónomo alejandrino del siglo II, autor del Almagesto y de las Hipótesis de los planetas.
Problema I: Los equinoccios
El primer problema surge de la observación de los equinoccios de primavera y otoño y a que en un recorrido de 180 grados alrededor de la tierra, el sol tarda 6 días más del equinoccio de otoño al de primavera que del de primaveral de otoño. Pero si el sol dibuja una trayectoria perfectamente circular (las esferas son cuerpos geométricos perfectos y, por tanto, circulares) y con un movimiento uniforme y sin aceleraciones ¿por qué tarda 6 días más en recorrer exactamente la misma distancia? ¿Qué razón puede explicar ese hecho.
Problema II: El tamaño del Sol
En segundo lugar, cuando el sol pasa del equinoccio de otoño al de primavera se ve más grande que en su trayectoria del de primavera a otoño. ¿Cómo es posible si el sol está siempre a la misma distancia en trayectorias (clavado en una esfera) circulares. ¿No debería verse siempre del mismo tamaño?
Problema III: La retrogradación
El tercer problema es uno de los más importantes de la cosmología y de la ciencia moderna ya que su estudio detenido marcó el devenir de occidente. Hablamos de la retrogradación, una cuestión, al igual que las anteriores, perfectamente conocido por los griegos. El fenómeno consiste en que a lo largo de su desplazamiento anual por la bóveda celeste los astrónomos observaron que todos los planetas, pero en especial Marte, retrogradan. Además, cuando retrogradan y vuelven hacia atrás a toda velocidad se ven más grandes y luminosos.
La propuesta de Ptolomeo
Para solucionar estos tres graves problemas Ptolomeo ofreció una solución extremadamente exitosa desde el punto de vista predictivo ya que con sus cálculos podía determinarse con asombrosa precisión la posición de los cuerpos celestes en el firmamento, pero, al mismo tiempo enormemente problemática desde el punto de vista aristotélico.
Paso I: Sacar a la tierra del centro del universo
En primer lugar, Ptolomeo desplazó la tierra del centro del universo. Al nuevo punto central lo llamó ecuante y a la órbita que siguen los planetas alrededor del punto ecuante lo llamó deferente.
Si se saca a la Tierra del centro del Universo entonces todos los cuerpos celestes girarán en torno a un punto definido matemáticamente pero indefinido físicamente. Todo el conjunto pasa de girar alrededor de la tierra a girar alrededor de la nada. Teológicamente era una idea absolutamente descabellada y muy difícil de asimilar en la época. De hecho, incluso hoy en día a muchísimas personas les cuesta creer que no hay nada de especial en nuestra existencia y que no somos ni el centro ni la cumbre de nada.
Según Ptolomeo todas las revoluciones del cosmos se darían en torno a un punto cualquiera sin ningún tipo de particularidad ni cualidad física, un punto aleatorio e indiferente del espacio. Esto, era además escandaloso para los aristotélicos ya que Ptolomeo jamás se molestó en dar una explicación o justificación para sustentar la idea de que toda la realidad gira alrededor de un punto vacío.
Si bien la propuesta de Ptolomeo, con su elevado grado de matematización podía haber supuesto una auténtica revolución en la física del momento no fue así porque Ptolomeo no planteó su teoría como una alternativa a la física de Aristóteles. ¿Por qué? Ptolomeo era plenamente consciente de que carecía de pruebas empíricas, directas e indirectas, para sustentar sus tesis. Solamente contaba con un artilugio matemático que permitía mejorar los cálculos y las predicciones pero que no tenía nada que ver con la verdadera estructura de la realidad. Este punto es extremadamente importante para la evolución de la ciencia, una idea que posteriormente se perderá y que resulta muy extraño en nuestra época. Ptolomeo era muy consciente de que un modelo matemático podía ser predictivo y eficaz sin ser real. Es decir, entendía la matemática como una herramienta humana eficaz pero no deducía inmediatamente a partir de ello que la matemática fuese la estructura de la realidad. Esta idea nosotros la hemos asimilado de forma acrítica y automática pero veremos que tiene un origen en la modernidad mucho más sorprendente de lo que pensamos cuando veamos al místico Kepler. Es decir, hoy damos por hecho que el modelo matemático de Einstein que predice con mucha eficacia diversos fenómenos a la vez, al mismo tiempo, no sólo es predictivo sino que nos dice cómo es de hecho la realidad. Esto no pasaba con Ptolomeo que entendía como absolutamente posible la idea de que haya una compatibilidad aunque un modelo sea el verdadero y otro meramente útil.
No fue hasta Copérnico cuando la idea de la matematización comenzó a ser tomada como una alternativa real. La idea de reducir la realidad física a proporciones y ecuaciones matemáticas que explican mejor que nuestros sentidos lo que de verdad hay, un mundo inexperienciable, porque la verdad está oculta y sólo es visible por los ojos de la mente madurará hasta alcanzar su cénit en la modernidad con Galileo. En este proceso denominado matematización de la ciencia seguimos embarcados y hoy en día el tratamiento de toda realidad ha de ser numérico y estadístico, cuantitativo y no cualitativo. No obstante, hubo largas épocas de la humanidad en que esta tendencia era sencillamente incomprensible.
Paso II: Deferentes y epiciclos
Para explicar el movimiento de los planetas y los procesos de retrogradación Ptolomeo estableció que los planetas giran alrededor del ecuante y no de la tierra, y que a la vez siguen una segunda trayectoria circular situada en la deferente llamada epiciclo. Así, los planetas se desplazan por la deferente, entran en el epiciclo, giran y vuelven a la deferente.
Crítica de Copérnico a la propuesta de Ptolomeo
A pesar de que la teoría ptolemaica resolvía matemáticamente muchos problemas de la física de Aristóteles, Copérnico rechazó tajantemente sus explicaciones por tres razones principales.
I. No respeta la uniformidad de los movimientos celestes: para Copérnico no había duda de que los planetas giraban en órbitas circulares alrededor del Sol y la propuesta ptolemaica violaba este principio de elegancia del cosmos.
II. No explica el salto deferente-epiciclos: Copérnico señala que nada explica por qué en un momento dado un planeta deja la deferente para entrar en el epiciclo y luego deja el epiciclo para volver a la deferente.
III.Un cálculo diferente para cada planeta: la teoría ptolemaica ofrecía arduos cálculos y explicaciones diferentes para cada planeta. Era demasiado complejo y había que buscar una solución más sencilla. La idea de la simplicidad como virtud de las teorías es otro rasgo típicamente moderno. Es decir, la aspiración a que las teorías sean simples y unificadoras, es decir, omniabarcantes.
Que con un modelo explicativo seamos capaces de dar cuenta de todo lo que hay es una obsesión de tipo teológico que arraigó en la modernidad. Si lo pensamos bien esta obcecación no tiene sentido ¿acaso no podría ser que diverso órdenes de la realidad estén regidos por leyes diferente? La obsesión por la teoría del todo es de origen moderno y de inspiración teológica porque un ser perfecto y simple no puede producir diversidad. En cambio una naturaleza azarosa no tiene por qué obedecer a ningún límite en el número de leyes que la ordenan. Vemos cómo nuestra propia ciencia contemporánea arrastra convicciones antiguas y muy ajeas a nuestra idea de lo científico. De hecho, los grandes pensadores que han avanzado en materia de ciencia contemporánea (cuántica) lo han hecho precisamente tomando conciencia de este problema y entendiendo que lo simple y lo intuitivo, lo comprensible por la mente humana que es reflejo de la mente divina, no tiene que ser el orden de lo natural.
Presupuestos capitales de la física de Copérnico
1. Detrás de la realidad y su múltiple variedad de formas experimentadas sensorialmente hay un orden y un solo orden: una única teoría está llamada a explicarlo. La diversidad, la diferencia debe disolverse, es pura apariencia, en realidad todo es lo mismo.
2. La verdadera realidad, la realidad “real” está oculta, de ahí que la tarea del científico es desvelarla: el científico es el encargado de levantar los velos del secreto, del misterio de lo oculto mediante su método y su matemática. Los legos están ciegos a la verdad. Vemos la evolución: chamán – sacerdote- filósofo- científico. Es el de mayor prestigio, es el descubridor de verdades, el benefactor y salvador de la humanidad.
3. Lo que se nos aparece y la verdadera realidad no coinciden: lo que vemos, lo que experimentamos no es lo real, la verdadera estructura del cosmos, esa sólo la muestra la matemática. Hay una dualidad irremediable, unos fantasmas, unos espejismos que nos engañan.
4. El orden oculto no cambia, es definitivo: es decir, la verdadera estructura de la realidad está oculta, es ordenada y además es estable, regular, invariable (velocidad de a luz). Pero si ello es así podemos hacer ciencia con calma y seguridad. Si las reglas de juego cambiaran cada 5 segundos no se podría hacer ciencia. La ciencia sólo se hace de lo fio y lo inmutable. Esto es inaplicable, como vemos, a otros ámbitos como el arte y la historia.
5. Existen verdades y leyes absolutas que se mantienen ahora y para siempre. Seguridad y predicción.
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