La Mecánica Galileana: Verdugo de la Autoridad Aristotélica
Los historiadores de la ciencia afirman que Galileo fue el primero en estudiar la mecánica libre de presuposiciones y totalmente fuera de los esquemas aristotélicos.
Aristóteles abordó el problema del movimiento (o del cambio) de forma cualitativa. Para entender esta afirmación, debemos recordar que desarrolló una ontología dual, donde la región supralunar y la región terrestre, constituidas por elementos distintos, se regirían por leyes físicas distintas. Así pues, la región supralunar estaría constituida por el quinto elemento o éter, donde reina la inmutabilidad. Y la región terrestre, donde habría una materia universal, o materia prima, susceptible de adoptar las distintas formas con que conocemos la materia que nos rodea, ya que estas formas pueden pasar de ser meras potencias a actualizarse gracias a la intervención de cuatro cualidades fundamentales: lo frío, lo cálido, lo seco y lo húmedo. Dicha región terrestre, al contrario que la región supralunar, estaría sometida a continuos cambios, transformaciones, a movimiento, donde las formas (potencialidades) se constituyen en materia (actualizaciones).
El término “movimiento” para Aristóteles significaba cambio, transformación. Aristóteles distinguió dos tipos de movimiento:
- Movimiento violento: Es aquel movimiento que fuerza a un cuerpo a abandonar su lugar natural o lo desplaza en cualquier dirección que no sea vertical y en un sentido que no lo conduzca a su lugar natural. Se precisa de un motor (causa externa) que esté en permanente contacto con el móvil mientras se está desplazando y que, una vez que pierde el contacto, el móvil dejará de estar en movimiento.
- Movimiento natural: La tendencia de todo cuerpo a ocupar su lugar natural, que se identificaría con la caída de los graves, una explicación que Galileo refutó en la histriónica demostración o representación de la Torre de Pisa y finalmente sentenció con la ley de caída de los graves.
La alternativa galileana fue utilizar el principio hidrostático de Arquímedes como modelo de cómo combinar los factores dinámicos del movimiento. La conclusión final fue que los cuerpos homogéneos descienden a igual velocidad porque sus diferencias de gravedad, que son como los volúmenes, quedan compensadas por resistencias estrictamente proporcionales a los volúmenes. Así, en este entramado teórico, Galileo presentó en los Discorsi los fundamentos de la nueva mecánica:
- Cuestiona la explicación aristotélica de la caída libre de los cuerpos y presenta la ley de caída de los graves, la primera de las leyes de la física clásica, aunque para saber por qué caen los cuerpos tendríamos que esperar a Newton. En esta ley encontramos poderosas razones para considerar a Galileo padre de la ciencia clásica.
- Por primera vez se presenta el movimiento como efecto de una fuerza que está enteramente inmersa en el móvil. Este movimiento ya no requiere una causa que lo mantenga, sino que se mantiene evidentemente por sí mismo y puede seguir así indefinidamente en el galileano espacio geometrizado. Este será el camino que conducirá al principio de inercia, pero todavía se está lejos de él.
- La velocidad de caída de un grave, a partir del reposo, no será uniforme sino continuamente acelerada y está sujeta a la ley de números. Y la velocidad aumenta con el tiempo y no con la distancia.
La Mecánica Newtoniana: Un Paso de Gigante
Como dice Bernard Cohen en su libro La revolución newtoniana (1980), Newton revolucionó la mecánica, puesto que reestructuró radicalmente los principios y conceptos del movimiento en la línea de la masa, aceleración y fuerza, y además elaboró un nuevo sistema del mundo donde la gravitación universal era la fuerza directora y la inercia constituía una propiedad esencial de la materia.
¿Pero en qué ambiente se fraguó la ciencia newtoniana? Newton se formó entre los neoplatónicos de Cambridge, enfrentados a la filosofía cartesiana que arrasaba por aquella época en la Europa continental.
El objetivo de Newton era similar al de Galileo, pero con la diferencia de que en sus manos todo quedará plenamente ultimado.
Newton construyó un sistema axiomático-deductivo de corte euclidiano mediante el cual pudo deducir matemáticamente todo el funcionamiento de la Naturaleza a partir de unos pocos conceptos y leyes fundamentales. Por eso los Principia empiezan con una serie de definiciones sobre magnitudes físicas (fuerza inercial, fuerza impresa, fuerza centrípeta…) para después pasar a exponer las tres leyes del movimiento o principios de la mecánica, en las que aparece un concepto nuevo que no aparecía en las leyes galileanas del movimiento: la fuerza. La cinemática galileana quedará así completada con la dinámica.
- Ley de inercia: Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme en línea recta, salvo que se vea obligado a cambiar de estado por la acción de alguna fuerza.
- Ley de fuerza: Establece la relación entre la fuerza aplicada a un cuerpo y el cambio de movimiento que le produce.
- Ley de acción y reacción: Afirma la imposibilidad de que exista una sola fuerza sin su correspondiente pareja.
Newton introdujo dos tipos distintos de fuerzas y posibilitó su cuantificación. Una es la fuerza innata de inercia; la otra es la fuerza impresa que modifica el estado del cuerpo.
La ley de gravitación universal tiene una relevancia especial. Esta potente ley explica fenómenos a primera vista tan distintos como la caída de los objetos, el movimiento de la Luna y de los planetas o el fenómeno de las mareas. Queda enunciada así: Dos cuerpos puntuales cualesquiera se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia.