La Evolución del Pensamiento Científico: De la Filosofía Natural a la Física Cuántica
1. La Filosofía de la Naturaleza en la Antigüedad
Los primeros pensadores de la Antigüedad se sintieron intrigados por la naturaleza. Buscaban respuestas racionales a preguntas fundamentales como: «¿A qué se debe este orden?» y «¿Cuál es su causa?». Surgieron dos tipos principales de respuestas:
- Teleológica: El orden natural se interpreta como un proyecto diseñado por un ser sobrenatural.
- Mecanicista: La naturaleza se concibe como una máquina, donde los cambios son el resultado de acciones necesarias entre sus componentes. La máquina, en sí misma, carece de capacidad de decisión.
Anaxágoras propuso que el universo estaba formado por partículas diferentes gobernadas por el «Nous» (Inteligencia). Demócrito, por su parte, postuló que los seres naturales se componen de átomos en movimiento libre, y que los cambios son resultado de sus colisiones (una propuesta mecanicista).
Según Wilhelm Dilthey, una cosmovisión es una estructura organizada, coherente y sistemática de principios fundamentales (creencias teóricas y prácticas) que influyen en la cultura e interpretan la realidad. Se distinguen tres grandes cosmovisiones a lo largo de la historia:
- Cosmovisión antigua: Desde la antigua Grecia (siglo IV a.C.) hasta la primera mitad del siglo XVI.
- Cosmovisión moderna: Forjada a partir de la revolución científica, entre los siglos XVI y XIX.
- Cosmovisión contemporánea: Desarrollada desde principios del siglo XIX hasta la actualidad.
2. Las Cosmovisiones Antiguas: Aristóteles y Ptolomeo
Los primeros intentos de explicación racional del universo fueron imperfectos. Aristóteles fue el primero en ofrecer una respuesta global y sistemática. Su concepción del cosmos integró, en un sistema ordenado y lógico, las creencias y doctrinas de sus predecesores. Las características de este universo eran:
- Finito: Para Aristóteles, lo infinito es sinónimo de incompleto. El cosmos, al ser perfecto, debe ser finito.
- Eterno: El cosmos no puede tener un origen temporal.
- Pleno: No existe el vacío. El universo está lleno de materia.
- Geocéntrico y geoestático: La Tierra, inmóvil, se encuentra en el centro del cosmos. A su alrededor giran los demás cuerpos celestes en esferas perfectas.
- Dotado de movimiento: El cosmos posee un orden dinámico, donde todo cambio es un proceso de actualización de una potencialidad.
Esta visión del universo, propia de la Antigüedad, perduró hasta el Renacimiento. Claudio Ptolomeo, en el siglo II, introdujo los epiciclos para explicar el «movimiento retrógrado» de los planetas. Su universo, aunque también geocéntrico, presentaba órbitas circulares excéntricas respecto a la Tierra, y los planetas giraban en órbitas que, a su vez, giraban sobre las primeras. Aunque falsa, esta solución perduró trece siglos.
La física aristotélico-ptolemaica presentaba las siguientes características:
- Organicismo: El universo se comporta como un organismo vivo.
- Finalismo: Todo cambio natural tiene una causa final, un objetivo.
- Antropocentrismo: El geocentrismo es una forma de antropocentrismo. Los pensadores medievales, defensores del creacionismo cristiano, colocaban al ser humano en el centro de la Creación.
- Heterogeneidad: El cosmos está dividido en dos regiones diferentes (mundo sublunar y supralunar).
Existía una falta de coherencia entre la descripción física del cosmos y el modelo matemático utilizado para las descripciones.
Los científicos posteriores se centraron en:
- La posibilidad de la existencia del vacío.
- La finitud o infinitud del universo.
- La posibilidad de múltiples universos.
- El movimiento natural de caída de los cuerpos y el movimiento violento de los proyectiles.
La solución a estos problemas llegó con el principio de inercia, elemento clave de la nueva cosmovisión que surgiría en el Renacimiento.
3. La Visión Moderna del Universo: El Universo-Máquina
Entre los siglos XV y XVII, se produjo una revolución científica que transformó radicalmente las cosmovisiones anteriores. El abandono de la física teleológica de Aristóteles fue un proceso gradual.
- Nicolás Copérnico (siglo XVI) propuso el modelo heliocéntrico, reemplazando al geocéntrico.
- Galileo Galilei apoyó la tesis de Copérnico con argumentos físicos y observaciones telescópicas.
- Johannes Kepler mejoró la propuesta de Copérnico, definiendo el sistema solar tal como lo conocemos hoy.
- Isaac Newton elaboró una teoría física que sustituyó a la aristotélica, sistematizando los hallazgos de sus predecesores.
Ya en el siglo III a.C., Aristarco de Samos había propuesto un modelo heliocéntrico, pero fue desechado. Copérnico, en 1543, publicó *Sobre la revolución de los orbes celestes*, obra que estableció definitivamente el modelo heliocéntrico. Las características del universo copernicano eran:
- El Sol, estático, se sitúa en el centro.
- Los planetas giran alrededor del Sol.
- La Luna gira alrededor de la Tierra.
- Las estrellas fijas encierran el universo.
- Las órbitas planetarias son circulares, pero se requieren órbitas excéntricas, deferentes y epiciclos para explicar las posiciones de los planetas.
- La Tierra tiene tres movimientos: rotación, traslación alrededor del Sol y oscilación de su inclinación.
El desplazamiento de la Tierra cambió la concepción del mundo y del papel del ser humano. Johannes Kepler eliminó el «hechizo de la circularidad», estableciendo que las órbitas planetarias son elípticas (primera ley de Kepler). Esto simplificó el modelo, eliminando la necesidad de epiciclos.
Galileo proporcionó soporte físico a la astronomía copernicana, mediante:
- Limitación de la investigación a preguntas con respuestas comprobables experimentalmente.
- Consideración exclusiva de propiedades cuantificables matemáticamente (longitud, temperatura, masa).
- Diseño de instrumentos como el telescopio para mejorar las observaciones.
- Argumentos que evidenciaban los errores del modelo geocéntrico.
El telescopio permitió a Galileo observar los cráteres lunares y las manchas solares, contradiciendo la perfección de los cuerpos celestes postulada por Aristóteles. También observó satélites girando alrededor de Júpiter.
Isaac Newton, en 1687, publicó *Principios matemáticos de filosofía natural*, culminando el proceso iniciado por Copérnico y marcando el nacimiento de la ciencia moderna. Newton estableció las bases de la mecánica clásica y formuló las tres leyes de la dinámica:
- Ley de inercia.
- Ley de la fuerza.
- Ley de acción y reacción.
A partir de estas, Newton formuló la ley de la gravitación universal, unificando la mecánica terrestre y la celeste. Una única ley gobernaba el movimiento de todos los cuerpos, tanto en el firmamento como en la Tierra. Se podía hablar, por primera vez, de un *universo* en contraposición a los dos mundos aristotélicos.
La física newtoniana es un ejemplo de paradigma científico. La ley de la gravitación universal explica fenómenos como la caída de los cuerpos y las órbitas celestes. Newton también investigó la luz, concluyendo que tenía naturaleza corpuscular.
Las leyes de Newton requieren la existencia de un espacio y un tiempo absolutos. Esta conclusión, junto con la naturaleza corpuscular de la luz, generaría problemas y daría paso a una nueva revolución científica en el siglo XX.
El modelo mecanicista de Newton presenta las siguientes características:
- Mecanicismo (opuesto al finalismo aristotélico).
- Determinismo (conocidas las causas y leyes, se puede predecir cualquier estado pasado o futuro).
- Matematización (como método).
- Homogeneidad (ley de la gravitación universal).
- Rechazo del antropocentrismo (la propuesta copernicana genera una sensación de insignificancia en el ser humano).
4. La Cosmovisión Contemporánea: Relatividad y Mecánica Cuántica
En los siglos XVIII y XIX, surgieron resultados científicos que no encajaban en el modelo newtoniano:
- Termodinámica: El segundo principio (principio de entropía) indica un desorden creciente e irreversible en el universo, oponiéndose a la reversibilidad de la mecánica clásica.
- Óptica: Experimentos mostraban a la luz comportándose como una onda.
- Electricidad y magnetismo: Maxwell desarrolló la teoría del campo electromagnético, donde la fuerza actúa en una dirección diferente a la línea que une los cuerpos.
Dos nuevos paradigmas reemplazaron a la mecánica clásica:
- Teoría de la relatividad (Einstein): Fructífera para velocidades y magnitudes astronómicas.
- Mecánica cuántica: Centrada en fenómenos microscópicos.
La mecánica clásica proporciona buenas aproximaciones para magnitudes cotidianas, pero falla fuera de esos límites.
Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad especial en 1905. Las ideas clave son:
- El espacio y el tiempo son magnitudes relativas.
- La luz se propaga en el vacío a velocidad constante, independientemente del estado del cuerpo emisor.
A diferencia de los objetos materiales, la velocidad de la luz es constante para cualquier observador. Esto lleva a conclusiones contraintuitivas, pero comprobables: a grandes velocidades, la masa aumenta, el tiempo se dilata y los objetos se acortan.
En 1916, Einstein propuso la teoría de la relatividad general, afirmando que el campo gravitatorio es una deformación del espacio, que se vuelve curvo.
Max Planck descubrió que la materia absorbe y emite energía de forma discontinua, en paquetes llamados «cuantos» (teoría cuántica). Esta teoría fue útil para comprender el comportamiento de las partículas subatómicas.
Niels Bohr diseñó un modelo atómico con órbitas definidas para los electrones y la posibilidad de saltos entre ellas. Los átomos absorben o emiten cuantos de energía cuando los electrones saltan de órbita.
Estas investigaciones condujeron a dos principios fundamentales de la física contemporánea:
- Principio de complementariedad (Bohr): Los objetos cuánticos actúan como ondas o partículas, pero nunca simultáneamente. La observación modifica lo observado.
- Principio de incertidumbre (Heisenberg): No es posible conocer simultáneamente y con precisión la posición y velocidad de una partícula subatómica.
Investigaciones recientes han dado lugar a:
- Teoría del caos (Edward Lorenz): Pequeñas variaciones en las condiciones iniciales pueden causar grandes diferencias en el resultado (efecto mariposa). Las predicciones son válidas a corto plazo.
- Ilya Prigogine: Ciertos sistemas naturales pueden generar fenómenos nuevos, incluso con leyes diferentes.
- Teoría del Big Bang: El universo se expande de forma ininterrumpida. Retrocediendo en el tiempo, toda la materia estuvo concentrada en un punto de densidad inimaginable. El universo tuvo un comienzo y es dinámico.
La cosmovisión contemporánea se caracteriza por:
- Fragmentación: Diferentes teorías para diferentes ámbitos de la realidad.
- Indeterminismo: Imposibilidad de predecir el futuro, debido al conocimiento incompleto del presente. Leyes probabilísticas.
- Irreversibilidad: A diferencia del finalismo aristotélico y la reversibilidad mecanicista, la cosmovisión contemporánea reconoce la direccionalidad del tiempo.
- Rechazo del conocimiento objetivo: La observación influye en el fenómeno observado.