FÍSICAEN BUSCA DE LA

Huesca, 7 de noviembre del 2016 Fernando Salamero

HISTORIAS DE TODO PARA TOD@S

Tal vez, la percepción de la Física entre el alumnado pueda ser la que vemos en esta tazaSin embargo, más allá de bromas (no del todo infundadas) nada más lejos de la realidad, a mi modo de ver.El nombre de Física, viene del término griego physis, “naturaleza” y el sufijo -ica “conocimiento”

El científico no estudia la naturaleza porque sea útil; la estudia porque se deleita en ella, y se deleita en ella porque es hermosa.

Henri Poincaré

UN PUNTO DE VISTA

En ese sentido, el objetivo de la física, de mi física, es más bien un objetivo intelectual. “Cae el velo de los secretos de las cifras de polvo”. Es ese secreto el que queremos transgredir.

Quiero conocer los pensamientos de Dios.

El resto son detalles.

Albert Einstein

UN PUNTO DE VISTA

La búsqueda de la causa última ha movido a generaciones de físicos y físicas a lo largo de la historia de la humanidad, en la línea de la cita de Einstein. Naturalmente, también podemos decantar el peso en los “detalles”, lo que nos lleva a la física aplicada. La pugna, incluso divertida, entre físicos teóricos y experimentales es tan larga como la rivalidad entre Madrid y Barcelona, Huesca y Zaragoza y tantos otros.La realidad es que ambas se complementan y se necesitan.

φυσικάAsí que esa delgada línea entre lo aplicado y lo abstracto, entre investigación pura y tecnología, recorre los siglos de forma continua.Dejad que, aunque lo recorra, dirija mi mirada más habitualmente hacia el vasto líquido de lo ignoto, como hacen esas dos personas de la imagen,.

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La llama de la duda

Es difícil hablar de un comienzo. George Gamow lo expresaba muy bien:“Es muy difícil rastrear el origen de la ciencia física, tan difícil como rastrear el origen de muchos grandes ríos. Unas cuantas pequeñas fuentes que burbujean bajo el verde follaje de la vegetación tropical o gotean bajo las rocas cubiertas de musgo en el estéril país septentrional; unos cuantos arroyos que descienden alegremente por las laderas de la montaña y se reúnen para formar riachuelos que a su vez se juntan y forman corrientes bastante grandes para merecer el nombre de <<río>>”Pero si he de señalar un momento importante en nuestro pasado, ese sería en el siglo VI a.c., en Mileto.

Mileto

Allí, surge un estilo de pensamiento nuevo: el alumno ya no está obligado a respetar y compartir las ideas del maestro, si no que puede rechazar o criticar las que considera mejorables. Esta tercera vía, a caballo entre la adhesión a una escuela y la oposición a ella, es la que conduce al inmenso desarrollo del pensamiento filosófico que sigue.

Mileto

Tales

Anaximandro

Hecateo

¿Por qué ocurre? Comprenden que mediante la observación, la razón y sobre todo, el pensamiento crítico, podemos corregir una y otra vez nuestro punto de vista. Un modo que no recurre a mitos, espíritus y dioses.Es curioso que, al contrario de lo que ocurre con matemáticas, las ideas físicas y filosóficas no se desarrollan por igual en el oriente antiguo. Una posibilidad es que los dioses orientales viven en lo alto, mientras que el Olimpo occidental está más cerca de los humanos. Hecateo, por ejemplo, visita el cabo de Ténaro y ve que no hay entrada al Hades por la que la leyenda cuenta que entró Heracles. Las leyendas están equivocadas y no son creíbles y hay que poner en duda de que sólo los dioses pueden explicar los hechos incomprensibles del mundo.Anaximandro deduce que la tierra flota en el cielo y que éste se extiende bajo él, ve la evolución de animales y plantas, incluido el hombre, y su adaptación al medio, adivina que el agua de lluvia es el agua de mares y ríos evaporada y especula con que todas las sustancias han de reducirse a una sola, el ápeiron.Los Milesios son admirables en muchos aspectos, pues debatían las leyes de forma colectiva y tienen el primer parlamento de la historia, por ejemplo.

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La llama de la duda

Anaximandro

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El átomo y el vacío

Un siglo más tarde, en la línea de este modo de pensamiento, se da un paso más.

Mileto

Abdera

Leucipo

Demócrito

Leucipo funda en Abdera una escuela heredera del pensamiento milesiano y Demócrito, se une a ella. La idea que surge es muy poderosa. El Universo consiste en un vacío ilimitado en el que flotan innumerables átomos. No hay nada más.

Todo es opinión; lo dulce, lo amargo, lo caliente, lo frío, el calor. Lo único que existe en realidad son los átomos y el vacío.

Demócrito

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Los átomos son indivisibles y son los granos elementales de la realidad. Se mueven libremente, chocan, se acercan, se alejan, tiran uno del otro. Los átomos afines se atraen y se agrupan.

Así como combinando la veintena de letras del alfabeto se pueden escribir tragedias y comedias, historias ridículas o grandes poemas épicos, así combinando los átomos elementales se obtiene el mundo en su infinita variedad.

Demócrito

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La naturaleza no cesa de experimentar, somos el producto de una selección casual y accidental que se ha producido a través de un larguísimo periodo de tiempo.Sobre esta base, Demócrito escribe decenas de libros, de todos los temas imaginables. “En esta obra trato de todas las cosas”, escribe en su pequeña cosmología. Su pensamiento, lleva al ideal de equilibrio y moderación, profundamente humanista y precursor de la ilustración dieciochesca.Sin embargo, de esas decenas de libros, ninguno se ha conservado. Siglos de pensamiento único monoteísta no han permitido que el naturalismo de Demócrito sobreviviera, como veremos.

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El átomo y el vacío

Demócrito

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Un paso atrás y otro adelante

La pérdida de la obra de Demócrito es probablemente una de las más grandes del mundo antiguo. Es posible que si nos hubiera quedado todo Demócrito y nada de Aristóteles, la historia intelectual de nuestra civilización hubiera sido mejor. Pero ha sido al revés. En cualquier caso, Demócrito fue poco aceptado en su tiempo y en los años siguientes.

Platón

Aristóteles

Platón y Aristóteles conocieron bien a Demócrito y combatieron sus ideas. Y lo hicieron con ideas alternativas que, durante siglos, terminaron por obstaculizar el progreso del conocimiento.Los dos rechazaron las explicaciones naturalistas de Demócrito e interpretaron el mundo en términos finalistas y en términos de bien y mal. Pero mientras Aristóteles trata sus ideas, y lo hace con respeto, Platón nunca cita a Demócrito. Pero no porque no lo conozca, si no porque no quiere hacerlo.

Creía que me diría si la Tierra era plana o redonda, pero que luego me explicaría por qué es necesario que tenga esa forma, partiendo del principio de lo mejor y demostrándome que lo mejor para la Tierra es tener esa forma; y que si me hubiera dicho que la Tierra es el centro del mundo, me demostraría que estar en el centro es bueno para la Tierra.

Platón

PASAJE DEL FEDÓN, EN BOCA DE SÓCRATES

El reproche de Platón a los físicos es típico de su pensamiento. Pero a pesar de sus equivocaciones, sí que le debemos algo importante; destilar el mensaje útil del pitagorismo; el mejor lenguaje para comprender y describir la naturaleza es el matemático.

Que nadie entre aquí si no sabe Geometría

Platón

INSCRIPCIÓN A LA ENTRADA DE SU ACADEMIA

Además, pidió a sus discípulos que estudiaban matemáticas que descubrieran las leyes que gobernaban los movimientos de los cuerpos celestes.

A pesar de todo, debemos a Aristóteles la primera física sistemática (y, de hecho, le debemos el nombre), fruto de una atentísima observación del mundo natural. Para él, lo primero es distinguir entre Cielo y Tierra. En el Cielo, todo está hecho de una sustancia cristalina que se mueve circular y eternamente en torno a la Tierra, que es esférica y se halla en el centro. En la Tierra, por su parte, hay que distinguir entre movimiento forzado y natural. El movimiento forzado lo causa un impulso y acaba cuando cesa el impulso. El movimiento natural es vertical, hacia arriba o hacia abajo, y depende de las sustancias. Cada sustancia tiene su lugar natural, un nivel propio al que siempre vuelve; la tierra abajo, el agua más arriba, el aire aún más arriba y el fuego todavía más.No hay que menospreciarlo; es una aproximación basada en la experiencia cotidiana. Y todo lo que sabemos son aproximaciones de algo que no conocemos todavía.

Con ello, en los siglos siguientes, la “Escuela de Atenas” y sus herederos, llevaron el conocimiento descriptivo de la naturaleza a un nivel altísimo, pero siempre sin cuestionar, salvo excepciones puntuales, el modelo mismo de naturaleza.Ni que decir tiene, que un trabajo similar se hizo en otras partes del orbe. Alguno de ellos aparecen en el famoso cuadro de Rafael.

El conocimiento se fue acumulando, al mismo tiempo, en la famosa Biblioteca de Alejandría, creada pocos años después de la fundación de la ciudad en el -331. Obras y pensadores habitaron sus paredes y sus estanterías.

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Un paso atrás y otro adelante

PlatónAristóteles

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Aristarco

ArquímedesEratóstenes

Así, en el primer siglo tras su creación, podemos destacar a dos astrónomos (uno de ellos rebelde) y un ingeniero.Aristarco (una de las excepciones que nombrábamos) fue la primera persona que afirmó que el centro del sistema planetario lo ocupaba el Sol y no la Tierra y que ésta y todos los planetas giraban en torno de aquel, dotándola de los movimientos de traslación y rotación. Y a juzgar por la sombra sobre la Luna, el Sol debía ser mucho más grande y estar mucho más lejos, al igual que las estrellas. Su obra se perdió.Arquímedes, el mayor genio mecánico hasta Leonardo da Vinci, inventó todo tipo de mecanismos, sobre todo en base a lo que llamaríamos ahora hidrostática y el principio de la palanca. Con él llegaron los primeros usos militares (defensivos) de la ciencia. Y Eratóstenes, el apodado despectivamente “beta” y que no lo era, midió el tamaño de la Tierra, a partir de sus lecturas en la Biblioteca y de su voluntad de poner a prueba lo leído, con una precisión excelente, la cartografió y afirmó que podía ir a la India navegando hacia el oeste, desde nuestra península.

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Hiparco

En los siguientes 100 años, una figura destaca, Hiparco, quien ordenó el mapa de las constelaciones y estimó el brillo de las estrellas y catalogó sus posiciones. Y no solo ello, detectó algunos cambios y anticipó que las estrellas nacen, se desplazan lentamente en el transcurso de los siglos y, al final, perecen.

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Lucrecio (*)

Y un siglo más tarde, aparece la figura de Lucrecio, poeta y filósofo romano, que tendrá un papel fundamental mucho más tarde. Pero guardémonos este as en la manga, de momento.

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Herón

Otros cien años más adelante, Herón deslumbraba (se le apodó “el mago”) con los primeros mecanismos que pueden llamarse máquina de vapor y otros muchos trabajos en neumática, hidráulica, óptica e incluso ¡robótica! ( Αυτοματοποιητική es la primera obra sobre robots de la historia).

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Ptolomeo

Y así llegamos al inmenso e influyente Ptolomeo y su gran obra, el Almagesto, un grandísimo libro de ciencia, heredero final de la escuela de Atenas (y de hecho, el único que nos ha llegado). Riguroso, preciso, complejo, presenta un sistema de astronomía matemática capaz de prever el movimiento aparentemente casual de los planetas con una precisión casi absoluta, pese a la limitada capacidad de observación del ojo humano. Aún hoy, con un poco de estudio, se puede abrir el libro de Ptolomeo, aprender sus técnicas y calcular la posición, por ejemplo, de Marte en el cielo futuro; hoy, dos mil años después de que fueran formuladas. Haber comprendido que esta “magia” es posible, constituye el fundamento de la ciencia moderna, y lo debemos, en no poca medida, a Pitágoras y a Platón.

Soy mortal y sé que nací para un día. Pero cuando sigo a mi capricho la apretada multitud de las estrellas en su curso circular, mis pies ya no tocan la Tierra…

Ptolomeo

El estudio de los cielos sumía a Ptolomeo en una especie de éxtasis y esa pasión, algo también fundamental en Ciencia, le llevó a desarrollar un modelo que como hemos dicho funcionaba perfectamente. No obstante, es un hito del cálculo, pero es heredero de un paradigma que no se ha discutido en los últimos 5 siglos, por que las voces disonantes no han sido escuchadas; algo que también le debemos a Platón y Aristóteles. Y esa discusión, ese escepticismo sano que sí estaba en Mileto, también es fundamental en Ciencia.

Cuando Saturno está en Oriente da a sus individuos un aspecto moreno de piel, robusto, de cabello oscuro y rizado, barbudo, con ojos de tamaño moderado, de estatura media, y en el temperamento los dota de un exceso de húmedo y de frío.

Ptolomeo

TEXTO DE TETRABIBLOS

Pero la astrología popular moderna proviene también de Ptolomeo, quien codificó la tradición astrológica babilónica. Tolomeo no sólo creía que que las formas de comportamiento estaban influidas por los planetas y las estrellas, sino también que la estatura, la complexión, el carácter nacional e incluso las deformaciones físicas congénitas estaban determinadas por las estrellas. No es extraño que, si la visión astronómica de Ptolomeo perduró 1500 años, la visión astrológica hiciera lo propio. Lo raro es que cuando la primera se superó, la segunda siga tan arraigada, tontamente, entre parte de la población.

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Ptolomeo

Y así llegamos al inmenso e influyente Ptolomeo y su gran obra, el Almagesto, un grandísimo libro de ciencia, heredero final de la escuela de Atenas (y de hecho, el único que nos ha llegado). Riguroso, preciso, complejo, presenta un sistema de astronomía matemática capaz de prever el movimiento aparentemente casual de los planetas con una precisión casi absoluta, pese a la limitada capacidad de observación del ojo humano. Aún hoy, con un poco de estudio, se puede abrir el libro de Ptolomeo, aprender sus técnicas y calcular la posición, por ejemplo, de Marte en el cielo futuro; hoy, dos mil años después de que fueran formuladas. Haber comprendido que esta “magia” es posible, constituye el fundamento de la ciencia moderna, y lo debemos, en no poca medida, a Pitágoras y a Platón.

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Hypatia

Han de pasar más de 200 años para que aparezca la última de las notables personalidades de la antigüedad. Hypatia fue astrónoma, física y cabeza de la escuela neoplatónica de filosofía. En una época en la que las mujeres disponían de pocas opciones y eran tratadas como objetos en propiedad, se movió libremente y sin afectación por los dominios tradicionalmente masculinos.Inventó un densómetro y comentó ediciones de los elementos de Euclides y del Almagesto de Ptolomeo. Han trascendido sus críticas al libro III de éste último, observando las grandes complicaciones que llevaba el modelo geocentrista, aceptado por otra parte en su época.

La Alejandría de la época de Hipatia -bajo dominio romano desde hacía ya un tiempo- era una ciudad de graves tensiones. La esclavitud había agotado la vitalidad de la civilización clásica. La creciente Iglesia cristiana estaba consolidando su poder e intentando extirpar la influencia y la cultura paganas. Hipatia estaba sobre el epicentro de estas poderosas fuerzas sociales. Cirilo, el arzobispo de Alejandría la despreciaba por la estrecha amistad que ella mantenía con Orestes, el gobernador romano, y porque era un símbolo de cultura y de ciencia, que la primitiva Iglesia identificaba en gran parte con el paganismo.A pesar del grave riesgo personal que ello suponía, continuó enseñando y publicando. Hasta…

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Hypatia

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El comienzo de la edad oscura

… que en el año 415, cuando iba a trabajar, cayó en manos de una turba fanática de feligreses de Cirilo. La arrancaron del carruaje, rompieron sus vestidos y, armados con conchas marinas, la desollaron arrancándole la carne de los huesos. Sus restos fueron quemados, sus obras destruidas, su nombre olvidado (por poco tiempo). Cirilo, eso sí, fue proclamado santo.

La gloria de la Biblioteca de Alejandría es un recuerdo lejano. Sus últimos restos fueron destruidos poco después de la muerte de Hipatia. La pérdida fue incalculable.Mucho se ha escrito sobre las causas de la caída del mundo antiguo. Alejandría era una ciudad donde griegos, egipcios, árabes, serios, hebreos, persas, nubios, fenicios, italianos, galos e íberos intercambiaban mercancías e ideas. Allí estaban las semillas del mundo moderno. ¿Qué impidió que arraigaran? Lo que está claro es que no hay noticia en toda la historia de la Biblioteca de que alguno de los ilustres científicos y estudiosos llegara nunca a desafiar seriamente los supuestos políticos, económicos y religiosos de su sociedad. Se puso en duda la permanencia de las estrellas, no la justicia de la esclavitud. La ciencia y la cultura en general estaban reservadas para unos cuantos privilegiados. La vasta población de la ciudad no tenía la menor idea de los grandes descubrimientos que tenían lugar dentro de la Biblioteca. Los nuevos descubrimientos no fueron explicados ni popularizados. La investigación les benefició poco. Salvo excepciones, los científicos nunca captaron el potencial de las máquinas para liberar a la gente. Los descubrimientos en mecánica y en la tecnología del vapor se emplearon principalmente a perfeccionar las armas, a estimular la superstición, a divertir a los reyes. La ciencia no fascinó nunca la imaginación de la multitud. No hubo contrapeso al estancamiento, al pesimismo, a la entrega más abyecta al misticismo. Cuando al final de todo, la chusma se presentó para quemar la Biblioteca, no había nadie capaz de detenerla.

El cierre de las escuelas de pensamiento antiguas y la destrucción de todos los textos que no estuvieran de acuerdo con el pensamiento cristiano fueron generales y sistemáticas, después de la brutal represión del paganismo que siguió a los edictos del emperador Teodosio que proclamaban el cristianismo religión única y obligatoria del imperio. Platón y Aristóteles, paganos que creían en la inmortalidad de alma, podían ser tolerados por un cristianismo triunfante, pero no Demócrito y su naturalismo racionalista.

Afortunadamente, el cristianismo no ocupó todo el mundo conocido. Y árabes, indios, chinos, conservaron parte de ese saber junto con el suyo propio. Son ellos los ayudaron a redescubrirlo, mucho más tarde. Pero también ellos, sufrieron un peso semejante al de la indolencia científica que siguió en occidente.Tendencias semejantes se han observado en todas partes del mundo y en diferentes épocas. Y se ve también actualmente en el tercer mundo (político); las clases educadas tienden a ser los hijos de los ricos, interesados en mantener el status quo o bien no acostumbrados a trabajar con sus manos o a poner en duda la sabiduría convencional. De modo que éstos, los únicos que disponen de ocio para poder dedicarse a la ciencia, se sienten poco dispuestos a valorarla como una dedicación digna de un caballero. La ciencia arraiga allí con mucha lentitud.

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LA EDAD OSCURA

Muerte de Hypatia y comienzo

del fin de la Biblioteca de

Alejandría

Tan lentamente, que hemos de esperar más del mil años más para presenciar el despertar.El repaso de este tiempo perdido, es más terrible si miramos hacia atrás con desconsuelo:Desde Platón y Aristóteles hasta Hypatia, la ciencia vivió de espaldas a la sociedad; desde Hypatia hasta nuestros próximos personajes, fue la sociedad, alimentada por la religión, la que vivió de espaldas a la ciencia.En total, casi dos mil años de desencuentros. Y, de ellos, más de 1000 años de oscuridad sometida. Tenemos que irnos hasta el siglo XV para encontrar una esperanza. ¿Os acordáis de Lucrecio?

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Poggio

Siglos de pensamiento único y monoteísta no pudieron evitar que llegara lo inevitable. Un texto se salvó del desastre y nos ha llegado íntegro. Se trata del espléndido poema de Lucrecio “De la naturaleza de las cosas”

Explicaré con qué fuerzas dirige la naturaleza el curso del Sol y el vagar de la Luna, de suerte que no tengamos que creer que corren su carrera anual entre el Cielo y la Tierra por su libre albedrío, ni que giran porque así lo manda un plan divino…

Lucrecio

DE RERUM NATURA

Lucrecio sigue la filosofía de Epicuro, discípulo de un discípulo de Demócrito. Epicuro se interesa más por cuestiones éticas que científicas y no tiene la profundidad de pensamiento de Demócrito. Transmite a veces de manera superficial el atomismo democríteo. Pero su visión del mundo natural es sustancialmente la misma.

Fulda

Este texto de Lucrecio, escrito el en siglo I a.c. y olvidado durante siglos, fue hallado por el humanista Poggio, secretario de papas y apasionado buscador de libros, en la biblioteca de un monasterio benedictino de Alemania. El libro original se ha perdido, pero una copia de él que hizo su amigo Niccolò Niccoli aún se conserva en la Biblioteca Laurenciana de Florencia con el nombre de Códice Laurenciano 35.30.

Lucrecio (Ciencia)

Quintiliano (Derecho)

Vitruvio (Arquitectura)

El impacto de Poggio no puede ignorarse. Su descubrimiento de un texto de Quintiliano modificó los planes de estudio de las facultades de derecho de toda Europa y su hallazgo del tratado de arquitectura de Vitruvio transformó el modo de construir edificios. Pero lo más importante fue la influencia de este texto de Lucrecio, cuyo impacto directo llegó a Kepler, Galileo, Bacon, Newton, Dalton, Spinoza, Darwin, Einstein e incluso Shakespeare, por citar solo algunos.La iglesia católica quiso pararle los pies al texto de Lucrecio; unos años más tarde (recordad que no había internet y los conocimientos se movían muy despacio de un lugar a otro) el sínodo florentino prohibió que su obra se leyera en las escuelas y más tarde, el Concilio de Trento lo condenó. Todo ello coincidiendo con la popularización de los libros gracias a la invención de la imprenta. Pero era demasiado tarde. Toda una visión del mundo, que el fundamentalismo cristiano medieval había borrado, reaparecía en occidente, que volvía a tener los ojos abiertos.

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Poggio

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Copérnico

Bebiendo del ambiente vibrante del humanismo italiano y del entusiamo por los libros antiguos, un joven polaco llamado Copérnico que se enamoró del Almagesto de Ptolomeo y decidió dedicarse a la Astronomía, estudia las críticas metodológicas que Hypatia comenta en su libro III, en el único ejemplar que se conservaba (y conserva, en la Biblioteca de los Medici en Florencia), tanto a su adorado Ptolomeo como a Hiparco y redescubre también el trabajo de Aristarco, apostando por la hipótesis heliocéntrica.

Copérnico invirtió 25 años de su vida trabajando en su De revolutionibus orbium coelestium. A pesar de ello, no se atreve a publicarlo y ha de hacerse a su muerte e incluso se disculpa en su dedicatoria al Papa. Copérnico, como Aristarco, situaba al Sol en el centro del Universo y no a la Tierra, rompiendo un paradigma intocable, pues ponía en tela de juicio la estructura misma del orden religioso.

Movimiento aparente de los planetas

Pero, ¿cómo se veía el mundo bajo el prisma de Ptolomeo? Las esferas de movimiento circular, en el cielo, no bastaban, pues una atenta observación del cielo mostraba extraños movimientos de las estrellas “errantes” o “vagabundas”, según la etimología de la palabra planeta.¿Cómo explicar este movimiento retrógrado si los planetas dan simplemente vueltas en torno a la Tierra?

La explicación

clásica:

Los epiciclos

La explicación clásica residía en los llamados epiciclos, pequeños movimientos circulares (¡tenían que serlo!) que recorrían los planetas sobre su movimiento general en torno a la Tierra.

Modelo Geocéntrico de Ptolomeo

Así pues, el Universo ptolomaico estaba formado por esferas concéntricas que arrastraban el movimiento circular de los planetas, con sus epiciclos, y las estrellas fijas, quizá arrastradas por ángeles, estando el sumo hacedor detrás de todo. Las esferas están a diferentes distancias, ya se sabía que no eran las mismas para todos, pero no había nada que explicar allí; era así por que era así, Dios así lo había dispuesto.

La explicación

de Aristarco y Copérnico

Frente a ello, el modelo heliocéntrico desplazaba a la Tierra del centro del universo, convirtiéndolo en uno más. Si, en su movimiento circular perfecto, los planetas se movían a diferentes velocidades, el movimiento retrógrado podía explicarse de forma natural.

El modelo heliocéntrico era mucho más sencillo y elegante, el problema era que, aunque Copérnico pretendía que los cálculos funcionarían mejor, en realidad, no lo hacían; tenían que competir con mil años de ajustes, de epiciclos sobre epiciclos, que habían hecho del modelo geocéntrico un modelo muy artificial y farragoso, pero muy preciso.

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Copérnico

Tycho Brahe

Kepler

Pero la idea era buena y necesitaba de nuevos protagonistas: un concienzudo y gran observador, como era Tycho Brahe y un científico alemán dispuesto a cuestionarse a sí mismo; Johannes Kepler

Kepler, fascinado con la Geometría, conoció las ideas de Copérnico gracias a las corrientes intelectuales que se respiraban en las universidades que se habían abierto (ya mucho antes pero que se veían espoleadas por la imprenta) a lo largo de toda Europa. Y las abrazó con fervor. En la época de Kepler solo se conocían 6 planetas (Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter y Saturno) y él se preguntaban por qué eran solo 6. Con las distancias calculadas por Copérnico, intentó ajustarlo a una revelación que tuvo, que llamó El Misterio Cósmico; se conocía la existencia de solo 5 sólidos regulares, cuyas caras eran polígonos regulares, los sólidos platónicos. Él pensó que eran, junto con la esfera, las estructuras invisibles que sostenían los planetas en sus órbitas circulares al rededor del Sol.

Sin embargo, por mucho que intentó encajar una dentro de otra, no lo consiguió. Las órbitas de los planetas no cuadraban bien. Pensó entonces que los datos de que disponía eran erróneos y quiso beber de las mejores fuentes. Sólo había un hombre que tenía acceso a las observaciones más exactas de la época, un noble danés llamado Tycho Brahe.

No se lo puso fácil y no le legó sus observaciones hasta su lecho de muerte, pero Kepler por fin pudo acceder a ellas. E hizo las suyas propias. Y para su tristeza, vio que su modelo estaba equivocado. Las órbitas perfectas de los planetas caían. Pero lejos de hundirse dio un paso fundamental en ciencia. Aceptar que la hipótesis es errónea y corregirla. Y para ello, como piezas de un engranaje genial, necesitó de otro personaje más, ¡uno de los más grandes!

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Copérnico

Tycho Brahe

Kepler

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GALILEOExuberante, polémico, pendenciero, cultísimo, inteligentísimo y con una desbordante capacidad de invención, Galileo Galilei nació en Pisa en la misma época en la que vivió Kepler. Era un copernicano convencido, pero su gran, su grandísima reflexión fue la siguiente; si los movimientos del cielo siguen unas leyes matemáticas precisas, y si la Tierra es un planeta como los demás y forma también parte del cielo, entonces en la Tierra deben existir leyes matemáticas precisas que gobiernen el movimiento de los objetos. Pero no sólo reflexiona, si no que decide ponerlo a prueba y estudiar cómo se mueven, sin hacer caso del conocimiento establecido; por primera vez en la historia de la humanidad, realiza un experimento; con Galileo nace la ciencia experimental.

Galileo nació en Pisa, hijo de un noble florentino empobrecido que quería dedicarlo a la Medicina, descubre su gusto por las matemáticas y la física. Ya siendo estudiante se pregunta por el movimiento de las velas que oscilan mientras está en misa. Hace pruebas, deja caer diferentes cuerpos verticalmente, el movimiento natural de Aristóteles y, frente a lo que él dice, comprueba que no caen a velocidad constante, si no que lo hacen aceleradamente. Y esa aceleración es la misma para todos los cuerpos, que mide correctamente, nuestra aceleración actual de la gravedad. Estudia los cuerpos moviéndose como péndulos, por planos inclinados, obteniendo resultados que contradicen a los clásicos.

Trabaja en muchos otros campos, inventando dispositivos por el camino y, tras oír hablar de un instrumento óptico holandés que permitía ver cosas que estuvieran muy lejos, estudia su fundamento y fabrica lo que sería el primer telescopio astronómico; tiene la genial idea de dirigirlo hacia los cielos, no solo hacia el horizonte. Así descubre, impresionado, que la Luna no es perfecta y presenta valles y montañas, que Venus tiene fases, que el Sol tiene manchas, que hay satélites que giran en torno a Júpiter (¡demostración de que no todo gira en torno a la Tierra!) y separa la Vía Láctea en estrellas individuales.Era la demostración del fin del paradigma clásico del cielo perfecto e inmutable. Caían todas las esferas.

Galileo Galilei

Johannes Kepler

Galileo y Kepler se cartearon en abundancia, y fueron precisamente los descubrimientos de Galileo lo que incitó a Kepler a dar el siguiente paso. Si los planetas son imperfectos, ¿por qué no pueden serlo también sus órbitas? El abandono del círculo le permitió comprobar que las órbitas elípticas se ajustaban perfectamente a las observaciones, si se cumplían una serie de reglas, las famosas 3 leyes de Kepler.

Para vivir bienhas de vivirsin que te vean

Descartes

CARTA, ABRIL 1634

La valentía de Galileo y Kepler al promover la hipótesis heliocéntrica no se hizo evidente en las acciones de otros, ni siquiera en quienes residían en partes de Europa de menor fanatismo intelectual.

En lo tocante a la ciencia, la autoridad de un millar no es superior al humilde razonamiento de una sola persona

Galileo

CARTA, ABRIL 1634

Lo que chocaba con la postura, honesta y valiente, de Galileo…

Nunca me he encontrado con alguien tan ignorante como para que no pueda aprender algo de él

Galileo

CARTA, ABRIL 1634

… y humilde y abierta.

Desafortudamente esa valentía les costó cara. Kepler sufrió los males de la guerra y Galileo, tras varios juicios y condenas, quedó confinado en su casa los últimos 8 años de su vida, parte de los cuales con ceguera. Eso no le impidió seguir trabajando e incluso publicó gracias a editores holandeses que recibiera sus manuscritos de tapadillo.Contrariamente a lo que se cree, la Iglesia Católica ha ofrecido homenajes en honor a Galileo y ha admitido algunos errores cometidos, pero no lo ha rehabilitado oficialmente en ningún momento.Galileo fue el padre de la ciencia moderna.

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CIENCIA MODERNA

HuygensGalileo

Galileo había mostrado, con su telescopio, otros mundos y Giordano Bruno, 100 años antes, había especulado también con otras formas de vida. Por ello sufrieron brutalmente. Pero, como decíamos, la semilla ya había germinado; por ejemplo, en Holanda el astrónomo Huygens, que creía en ambas cosas, fue colmado de honores.

El mundo es mi patria, la ciencia mi religión

Huygens

CITA

Christiaan Huygens, tuso suerte con la sociedad en la que vivió y eso le permitió seguir la estela de Galileo. En los cuadros de Rembrandt y Vermeer de su época, vemos la importancia de la luz; el estudio de ella fue lo que permitió desarrollar más y mejor los telescopios. Y el microscopio. A Huygens le debemos la teoría ondulatoria de la luz, desplazándose ella como lo hacen las ondas en el agua. También insistía en que las estrellas son otros soles. Pero su trabajo y el de sus coetáneos se vio enriquecido por otro científico genial, quien junto con la suma de Galileo y Kepler, marcan otro punto fundamental en la historia de la Ciencia…

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CIENCIA MODERNA

HuygensGalileo

NEWTONEn 1687, Isaac Newton, publica los Principios Matemáticos de la Filosofía Natural, una obra descomunal, después de estudiar los resultados de Galileo y Kepler y de observar y reflexionar. Descubre el diamante en bruto que hay detrás.

Si he logrado ver más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes

Newton

CARTA A HOOKE

El propio Newton lo decía en una carta a Hooke

Isaac Newton nación el día de Navidad de 1642, poéticamente, el mismo año que murió Galileo. Nació en un momento excelente, como hemos dicho, pero a ello se unió su genialidad indiscutible. Una muestra; a los 20 años adquiere un libro de astrología “solo por la curiosidad de ver qué contenía”. Lo leyó hasta una ilustración que no pudo entender porque desconocía la trigonometría. Compró entonces un libro de trigonometría pero pronto vio que no podía seguir los argumentos geométricos. Así que buscó un ejemplar de los Elementos de Geometría de Euclides y empezó a leerlo. Tan solo dos años después inventó el Cálculo Diferencial.Importante; la ciencia no avanza a base de genios; sin él todo habría llegado, qué duda cabe (Leibnitz comparte el invento, Galileo lo había vislumbrado de forma primitiva…), pero más lentamente.

Newton exploró muchos campos de la Física y la Matemática; por ejemplo, él pensaba, al contrario que Huygens, que la luz estaba formada por pequeñas partículas, a juzgar por los bordes definidos de las sombras. El gran peso de Newton hizo que este planteamiento fuera el reconocido mayoritariamente y funcionaba muy bien, de hecho. Esta pugna entre luz onda (Huygens) y luz partícula (Newton) dará mucho juego como veremos

Pero el salto más importante, descomunal diría, lo da en otro campo. Lo cuenta en sus Principa, como se conoce a la gran obra de 1687 (que, por cierto, escribió a instancias de su amigo Edmond Halley), en donde recoge sus descubrimientos en mecánica y cálculo matemático y marcó un punto de inflexión en la historia de la ciencia. Es considerada, por muchos, como la obra científica más importante de la Historia

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

Allí, imagina una “luna pequeña” que gira alrededor de la Tierra pero tan bajo que casi la toca. Para cambiar de dirección, como tiene que hacer porque si no seguiría en línea recta y no daría la vuelta a la Tierra, tiene que sufrir una aceleración. Newton la calcula, ya que se conocían los tiempos y las distancias ya en su época y encuentra… ¡que la aceleración es la misma que calculó Galileo para los objetos que caían!

9.8 m/s2

9.8 m/s2

Y si la aceleración es la misma, la causa debe ser la misma; lo que mueve la Luna y lo que hace una manzana de un árbol, esa manzana en torno a la cual la leyenda cuenta que reflexionó…

GravedadUNIVERSAL

Ese algo es lo que vino a llamarse Gravedad. Y es universal puesto que vale para la Luna que gira alrededor nuestro, para las manzanas que caen o para los satélites que giran en torno a Júpiter.

Partículas

Espacio

TiempoNewton rompe, con este argumento científico, rompe definitivamente la separación entre el Cielo y la Tierra, esa separación Aristotélica; es el sueño de Demócrito, pero un Demócrito matematizado: el mundo está formado por las partículas de Demócrito (la luz incluida) moviéndose en un espacio infinito y evolucionando en el tiempo de forma predecible gracias a las matemáticas. Ese era el mundo que nos dejó Newton, infinito pero al alcance de nuestro conocimiento.

No se lo que pareceré a los ojos del mundo, pero yo me siento como un niño que juega en la orilla del mar y se divierte descubriendo de vez en cuando un guijarro más liso o una concha más bella de lo corriente, mientras el inmenso océano de la verdad se extiende ante mi, todo él por descubrir

Newton

POCO ANTES DE MORIR

Pero no todo es tan bonito (o sí), como él mismo humildemente expresa. Algo preocupa a Newton, algo que no resolvió. Y es esa acción a distancia entre las partículas. ¿Cómo pueden interaccionar sin tocarse? Tendremos que esperar un siglo para avanzar en esa dirección, pero durante el camino y alimentados por la nueva corriente física y matemática, que generó ya las primeras asociaciones científicas, como la Royal Society en Londres (1660) o la Académie des Sciences en París (1666), surgirán nuevas ramas. Y el desarrollo tecnológico, ya iniciado años antes, espoleado por los nuevos descubrimientos, empieza a adelantar al propio avance de la Ciencia.

1600

CIENCIA MODERNA

HuygensGalileo

GRAVITACIÓN

Newton

1700

Halley Young

Bernouilli

CoulombThompson

TERMODINÁMICA

FÍSICA ESTADÍSTICA

ELECTRICIDADMECÁNICA DE FLUÍDOS

En 1707 Halley usala gravedad de Newton para afirmar que los cometas son objetos que están fuera de la atmósfera de la Tierra y que los cometas de 1531, 1607 y 1682 son el mismo que vuelve cada 76 años y que volverá en 1758. Halley Fallece y no llega a ver su éxito. El cometa toma su nombre.Young, siguiendo los trabajos de Boyle, desarrolla la rama de la Termodinámica (que estudia las propiedades macroscópicas de la materia, en particular las relacionadas con el calor y la temperatura) que recibe un gran empujón de manos de Thomson, a final de siglo, quien comprueba que el trabajo se transforma en calor y éste no es una sustancia, sino una forma de energía y Bernouilli lo complementa iniciando la Física Estadística (que trata de predecir los comportamientos microscópicos de un sistema en base a las partículas microscópicas que lo componen). Los Bernouilli eran toda una saga y también empujan el desarrollo de la nueva Mecánica de Fluidos.La electricidad también tiene su desarrollo matemático (citamos como ejemplo a Coulomb, pero se conocía desde tiempos de los griegos - su nombre procede de la palabra griega para Ámbar)

1800

Young Ohm

Ørsted

MAGNETISMO

Joule

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

El siglo XIX comienza con el que se ha llamado uno de los experimentos más hermosos de la Física, el experimento de Young de la doble rendija. Haciendo cálculos, algunos experimentos se explicaban mejor usando el modelo de luz como onda, de Huygens, y en otros, de luz como partículas, de Newton. ¿Pero qué era la luz? Young lo pone a prueba comprobando que se producen interferencias, como lo harían las ondas en el agua o en un plato de sopa. ¡La luz es una onda! No es la última palabra…Ohm en seguida descubre también su famosa ley, fundamental en la teoría actual de circuitos. Y el magnetismo (conocido también desde Grecia, el nombre es el de un pastor que la leyenda cuenta que vio como su bastón se veía atraído por una roca) deja de limitarse a los imanes y a ser atracción de feria cuando Ørsted encuentra que hay algún tipo de conexión con la electricidad.Otro hito sucede en 1847, cuando Joule formula también la famosa ley de la conservación de la energía. Todavía hoy se utiliza el “julio” como la unidad de energía, en su nombre.Podríamos citar muchos nombres más y la omisión de cualquiera de ellos sería imperdonable. Desde de aquí se multiplican los hechos, las investigaciones, las ramas, las especializaciones. Pero, como dije al principio, dejad que me centre únicamente en la Física Fundamental, esa que trata de desvelar qué hay detrás de todo, cuáles son las leyes básicas y la naturaleza última del mundo.

1800

ELECTROMAGNETISMO

MaxwellFaraday

Finalmente, el problema aquel de acción a distancia que no pudo resolver Newton y que le atormentaba, 150 años antes, necesitó una vez más de la colaboración de dos personajes muy distintos pero complementarios y para desentrañar el nuevo fenómeno del electromagnetismo.

¿Acción a distancia?Michael FaradayJames Clerk Maxwell

Michael Faraday era un pobre londinense sin educación académica pero con una gran intuición; se formó en talleres y laboratorios. James Clerk Maxwell era, por su parte, un rico escocés de familia aristocrática, muy educado y que había adquirido grandes habilidades matemáticas.La puesta en común de su trabajo llevó a un éxito considerable.

Ellos imaginaron el espacio lleno una telaraña invisible de pequeños “hilos de fuerza”, algo que puede visualizarse si espolvoreamos limaduras de hierro en la cercanía de un imán; las pequeñas limaduras no se distribuyen de cualquier manera, sino que adquieren esa disposición característica.

Según su idea, los objetos distorsionan esa líneas de fuerza (cuando poseen “cargas”, como diríamos en terminología de bachillerato) y sienten que son tirados hacia una dirección u otra por ellas.

Campo Electromagnético (Ecuaciones de Maxwell)

El “campo” electromagnético se podía expresar en base a un conjunto de 20 ecuaciones, las famosas Ecuaciones de Maxwell que Heaviside reformó sectorialmente en solo 4.

Partículas

Espacio

TiempoCampos

El éxito fue sensacional y permitió seguir comprendiendo el puzzle de la naturaleza del Universo, ahora formado por partículas, espacio, tiempo y campos (de fuerza).

Vs.

c = 299792.458 kilómetros por segundo

No obstante, al complementar lo que se creía que eran los componentes de la naturaleza, surgió un problema, una incompatibilidad de caracteres, diríamos. Maxwell descubrió que, siguiendo sus ecuaciones, los campos de fuerza podían a su vez producir ondas, vibraciones de la tela de araña que hemos visto. Cuando calculó la velocidad que debían tener esas ondas, encontró un valor que era ¡idéntico al de la velocidad de la luz!Eso fue sensacional, porque explicaba la naturaleza misma de la luz como manifestación misma del campo electromagnético. Pero planteaba al mismo tiempo un problema insoluble:En el marco de referencia de Newton, de un espacio infinito, en el que todo son movimientos relativos entre partículas, no hay margen para una velocidad absoluta. ¿300 000 km/s? ¿Con respecto a qué?

1800

ELECTROMAGNETISMO

MaxwellFaraday

Hemos de esperar al siguiente siglo para colocar las siguientes piezas del puzzle de este misterio, para que caiga otro velo de los misterios del Cosmos.

1800

ELECTROMAGNETISMO

MaxwellFaraday

1850 1900Hertz

Becquerel

Thomson

Röntgen

Curie

RADIORAYOS X

ELECTRÓNRADIACTIVIDAD

Por el camino, y gracias a las ecuaciones de Maxwell, en 1888 Hertz desarrolla la Radio. Y las investigaciones con ondas electromagnéticas llevan a Roentgen a descubrir los rayos X en 1895. Casi simultáneamente, en otra línea de investigación, buscando la estructura íntima de la materia, esas partículas de Demócrito, Thomson descubre el electrón y Becqerel la radioactividad. Ésta última es estudiada en profundidad por el matrimonio Pierre y Marie Curie, sobre todo por ella.

Marie Curie

Maria Salomea Skłodowska

Hay que detenerse un momento en Marie Curie. Fue la primera persona en acumular dos premios nóbeles en diferentes convocatorias (Física y Química), algo más difícil en cuanto solo el 5% de dichos premios han recaído sobre mujeres. El de Física lo compartió con su marido, dándose la circunstancia de que su hija, años más tarde, también fue premiada con el Nobel y lo obtuvo compartida con su marido, a su vez. La historia de amor del matrimonio Curie es muy hermosa y al mismo tiempo trágica y la lectura de sus diarios es conmovedora.

Un científico en su laboratorio no es sólo un técnico: es también un niño colocado ante fenómenos naturales que le impresionan como un cuento de hadas

Marie Curie

CITA

No obstante, no cejó nunca en su empeño de conocer las cosas, fascinada como estaba por la física. Murió como consecuencia de la exposición a la radiación acumulada en sus investigaciones; guardaba tubos de ensayo con radio en sus bolsillos durante algunas investigaciones. Hoy en día, sus apuntes de laboratorio, todavía desprenden radiación.

1800

ELECTROMAGNETISMO

MaxwellFaraday

1850 1900Hertz

Becquerel

Thomson

Röntgen

Curie

RADIORAYOS X

ELECTRÓNRADIACTIVIDAD

1900 1950

Thomson

Planck

Y entramos en el siglo XX, y la entrada no puede ser más intensa, en dos líneas de trabajo; la estructura íntima de la materia y la naturaleza de los campos.Por una parte, Thomson propone su modelo para la materia como formada por átomos que son un pudín de pasas; las pasas son los electrones que él descubrió y el pudín una nube de carga positiva (la materia, como sabemos, globalmente es neutra). A pesar de ello, y de que la notación de átomo la usaban los químicos para las reglas de sus reacciones, muchos científicos y filósofos no creían en la hipótesis atómica. Los átomos no se ven, decían, ni se verán nunca. Además, ¿de qué tamaño eran?Por otra parte, Plank para proponer el llamado problema del cuerpo negro y la catástrofe ultravioleta, propone que la energía está empaquetada en paquetes, no de forma continua, de manera que la energía de cada paquete es proporcional a la frecuencia de la onda correspondiente. Los cálculos, hasta ese momento, eran absurdos, pues la energía que se calculaba era infinita. Este artificio lo solventaba y para Planck era solo un truco matemático, cuya explicación física desconocía.

1900 1950

Thomson

Planck

EINSTEINPero (pongámonos en pié) en 1905, el año que se ha venido en llamar el “año milagroso”, un joven desconocido publica tres artículos fundamentales en una revista titulada “Anales de la Física”, tres artículos cada uno de los cuales merecería por sí solo un premio Nobel.

El autor, un joven de 25 años que no había conseguido un trabajo de físico y que trabajaba en una oficina de patentes, era Albert Einstein. Era un buen trabajo; ¡dejaba tiempo para pensar!En el primero de los tres artículos, demuestra inequívocamente la existencia de los átomos e incluso calcula su tamaño, de forma que la hipótesis atómica pasará a ser comúnmente aceptada.Y los otros dos artículos revolucionan la física de una manera que no se había visto antes; en el primero demuestra que esos paquetes de energía de Planck, esos “cuantos”, no son un artificio si no que son reales y la energía y la luz, realmente, está cuantizada. Y en el segundo, cambia por completo el significado que le damos al concepto de tiempo, algo necesario para resolver la incompatibilidad que habíamos nombrado entre la concepción de movimiento relativo de Newton y la velocidad de la luz absoluta de Maxwell.

1900 1950

Thomson

Planck

FÍSICA CUÁNTICARELATIVIDAD ESPECIAL

RELATIVIDAD GENERAL

Los dos artículos, junto con un tercero publicado 10 años más tarde, marcan el origen de dos ramas de la física de importancia radical, sobre todo para nuestros propósitos, pues se hunden de lleno en la naturaleza misma del Universo; la física cuántica y la física relativista.Veamos a vista de pájaro en qué consiste cada una.

Para resolver la incompatibilidad entre Newton y Maxwell, Einstein renunció a todos los prejuicios. Damos por sentado verdades que no lo son, ya que nuestras percepciones y nuestras experiencias pueden engañarnos. Como símil nos puede valer esta imagen.

El sentido común es el conjunto de prejuicios acumulados a través de los siglos

Albert Einstein

CITA

Bie, pues igual que la posición y el movimiento aceptamos con naturalidad que no son absolutos, en su percepción, como ocurre con las montañas y la palmera (¿quién se mueve?¿quién está a izquierda o a derecha?)…

“Extenso”

… lo mismo ocurre con el tiempo; no hay un presente, hay un “presente extenso”. ¿Qué quiere decir esto? La simultaneidad absoluta no existe, hay eventos que algunos observadores pueden ver que ocurren en el pasado y otros en el futuro. No todo, claro, hay un estrecho margen, una “zona intermedia”, que va creciendo con la distancia, en la que esto ocurre; apenas una mil millonésima parte de un segundo entre vosotros y yo, pero de varios segundos en la luna.

Partículas

Espacio

TiempoCampos

Espacio-tiempo

La diferencia de percepción entre el espacio y el tiempo desaparece y sólo queda hablar de él como un todo, el espacio-tiempo.Pero aún había un problema. Con eso resolvía el tema de la velocidad absoluta de la luz. Pero la nueva concepción del espacio-tiempo y la gravedad correspondiente, no encajaba en la elegante formulación de los campos de la teoría electromagnética. La gravedad se resistía. No podía definir un campo en el seno del espacio-tiempo que funcionara como lo hace la gravitación.Trabajó duramente, diez años de errores y fracasos…

10 AÑOS DESPUÉS…

¿Y si el espacio de Newton

el propio espacio-tiempo

no fuera otra cosa

que el campo gravitatorio?

Pero finalmente lo logró, y la idea, de nuevo, fue revolucionaria. ¿Y si no ocurre como con el electromagnetismo, esa tela de araña que llena el espacio… y si es el propio espacio-tiempo el que es en sí mismo el campo gravitatorio?

Partículas

Campos

Espacio-tiempo

Esa idea genial, simple y poderosa, dio sus frutos. La concepción del universo se simplificaba, pues solo se necesitaban dos componentes; las partículas y los campos.

TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL

(La más bella de las teorías)

Esto es lo que se conoce como la Teoría General de la Relatividad, “la más bella de las teorías”, como algunos la han llamado. Su belleza matemática es innegable (no me resisto a mostrarlas) y aunque es fácil de escribir es muy difícil de resolver. Y solo se ha hecho analíticamente en algunos casos (uno de ellos lo hizo un español).

Intuitivamente se puede ver así; igual que un objeto puesto sobre una sábana tensa la curva, de la misma manera, un objeto que tiene masa (energía a través de la famosa fórmula de Einstein) deforma el espacio-tiempo a su alrededor.

Los objetos que se acercan, entonces, no se desvían por acción de líneas de fuerza, si no porque siguen el espacio-tiempo, que está curvado, del mismo modo que si lanzamos una canica, ésta se moverá alrededor del peso por la curvatura de la sábana.

“La masa le dice al espacio-tiempo

como curvarse,

el espacio-tiempo le dice a la masa

como moverse.”

1900 1950

ThomsonPlanck

RELATIVIDAD GENERAL MECÁNICA CUÁNTICA

Bohr Heisenberg

Dirac

de BroglieSchrödinger

Los dos pilares de la física del siglo XX, la relatividad general y la mecánica cuántica, no pueden ser más distintos. La RG es una gema compacta, concebida por una sola mente (sobre hombros de gigantes). La MC, aunque es la misma mente la que pone el primer ladrillo, es el resultado de la acción sumativa de muchas personas desde muchos lugares distintos y a lo largo de muchos años. Ha obtenido los éxitos más grandes y sus aplicaciones nos han cambiado la vida cotidiana (los ordenadores, por ejemplo, y cualquier elemento tecnológico a nuestro alrededor), pero ha pasado más de un siglo desde su nacimiento y sigue envuelta en un velo de oscuridad e incomprensibilidad.Mirémosla también.

Niels Bohr

Una vez que Einstein demostró que la luz estaba cuantizada, el testigo lo cogió el danés Niels Bohr. Aquí pasamos de una visión del átomo como un pudín de pasas a una estructura tipo micro sistema solar; una masa central y, en torno a ella, los electrones girando en órbitas más o menos como los planetas alrededor del Sol. Bohr, comprobó para su sorpresa, que esas órbitas también estaban cuantizadas y para pasar de una a otra, los electrones solo podían dar o absorber ciertas cantidades de energía y no otras.

Louis de Broglie

Louis de Broglie, por su parte, plantea la posibilidad de que, igual que la luz presenta comportamiento de partículas, los cuantos, además de su comportamiento ondulatorio, la materia también se puede comportar como una onda. ¡Si lanzamos electrones por el experimento de doble rendija, también interferirán, aunque los enviemos uno a uno!

Erwin Schrödinger

Erwin Schrödinger construye la teoría matemática para expresar el comportamiento cuántico como una onda. De su ecuación se desprende que no podemos definir el estado de una partícula hasta que no lo medimos, algo que pone de manifiesto con el famoso experimento mental del “gato de Schrödinger”.

Werner Heisenberg

Heisenberg va un paso más allá, inspirado en la noche oscura en la que se encuentra y viendo a los paseantes cómo aparecen y desaparecen a medida que se acercan y se alejan de las farolas. Piensa en los electrones, que se comportan parecidos. Finalmente, su hipótesis es demoledora; los electrones REALMENTE desaparecen. No existen siempre. Existen solo cuando interactúan. Cuando nada lo perturba, un electrón no está en ningún sitio en concreto. Tiene una nube de existencia. Plantea así el famoso “principio de incertidumbre”.

Paul Dirac

Paul Dirac, casi tan enorme como Einstein y casi un autista, dio la formulación matemática de la mecánica cuántica que hoy en día aplica cualquier científico. En ella, las variables físicas (velocidad, energía, etc) no toman valores cualesquiera. Solo pueden tomar determinados valores y no otros. Dirac proporciona la formulación general para calcular esos valores. Además, la teoría aporta información de cual va a ser el valor que tendrá en la próxima interacción pero solo de una manera probabilística.

La mecánica cuántica pone la probabilidad en el centro de la evolución de las cosas. Mientras que la antigua física de Newton pretende predecir el futuro con exactitud, si conocemos los datos de partida y podemos hacer los cálculos, la mecánica cuántica sólo nos permite calcular la probabilidad de que algo ocurra. Pero no es porque no sepamos hacerlo mejor; es por que la Naturaleza ES ASÍ.

Por extraño que parezca, la eficacia de la teoría es extraordinaria. Por ejemplo, todos conocemos la tabla periódica de Mendeleyev. ¿Por qué es así y no de otra manera? ¿Por qué tiene esa estructura? Pues bien, si tomamos la ecuación de la mecánica cuántica que describe los orbitales de los electrones, vemos que tiene solo un determinado número de soluciones ¡que coinciden exactamente con los diferentes elementos!

Partículas

Campos

Espacio-tiempo

Sólo dos años después de completar la formulación general de la mecánica cuántica, Dirac se da cuenta de que puede aplicarla al campo electromagnético y hacerla compatible con la relatividad especial. Al hacerlo, se da cuenta de que puede hacerse una nueva y profunda simplificación en la descripción del Universo; la convergencia entre las nociones de partícula y campo. Ve que la energía del campo electromagnético tiene que estar cuantizada y que las partículas pueden interpretarse como los cuantos del campo.

La forma general de la teoría cuántica de compatible con la teoría de la relatividad especial (que no la general) se llama “Teoría Cuántica de Campos” y es la base actual de la física de partículas. Todos los campos muestran esta estructura granular en sus interacciones. En el curso del siglo XX ha ido confeccionándose la lista de los campos fundamentales y hoy disponemos de una teoría, llamada “Modelo Estándar de las partículas elementales” que parece describir bien todo lo que vemos, a excepción de la gravedad.

En esa teoría, es fundamental nombrar a otra mujer, Emmy Noether. Aunque anterior, enunció un teorema físico/matemático que tiene su nombre, y que desvela la simetría profunda que esconde la naturaleza. Sin ella, la formulación de la teoría cuántica de campos no habría sido posible, pues la necesita. Uno de los resultados más importantes en la historia de la física que desconoce el gran público.

1900 1950

ThomsonPlanck

RELATIVIDAD GENERAL MECÁNICA CUÁNTICA

Bohr Heisenberg

Dirac

de BroglieSchrödinger

Noether

1950 2000

Glashow, Salam y Weinberg

MODELO ESTÁNDAR DE LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES

Feynman

Sin nombrar a más cooperantes, el modelo estándar quedó completado en los años 70. El mundo subatómico quedó clasificado, del mismo modo que los elementos atómicos quedaron clasificados en la tabla periódica.Todas las partículas que existen en el universo pueden reducirse a tres familias:

Por una parte tenemos las partículas que forman la materia, los fermiones, tanto las pesadas (formadas por quarks) como las ligeras (leptones). Luego están las partículas que portan las interacciones, los bosones (como si fueran pelotas que se lanzan patinadores). Finalmente, y de descubrimiento reciente aunque predecido, el bosón de Higgs que da masa a todas las demás (puede compararse a moverse en el agua, frente a moverse en el vacío).

Junto a esas partículas, tenemos todos los campos conocidos, que son tres cuánticos y, ejem, la Gravedad que no deja todavía cuantizarse, como veremos enseguida. Con ello, tenemos la estructura actual del Universo que conocemos. ¿Toda? ¡no!En los albores del siglo XXI, nos encontramos con una sorpresa, uno sorpresa que vino desde un lado completamente distinto.

1950 2000

Glashow, Salam y Weinberg

MODELO ESTÁNDAR DE LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES

Feynman

Pero hemos de retroceder solo un poco…

1900 1950

Hubble & HumasonFriedmann

Leavitt

Lemaître

TEORÍA DEL BIG BANG

Gamow

Al mismo tiempo que se investigaba el universo a pequeña escala, la intimidad de la materia y la energía, se hacía lo propio a gran escala, no solo fuera de la superficie terrestre, sino hasta los confines del Cosmos.Ya a principios de siglo se empezaba a asumir, lo que se iría comprendiendo poco a poco, que ni la Tierra, como decía Aristóteles ni el Sol, como decía Copérnico, eran el centro del Universo. Nuestro sistema solar se mueve en torno al centro de una gran aglomeración de miles de millones de estrellas, llamada la Galaxia de la Vía Láctea.

Henrietta Leavitt

En ese papel, tuvo importancia capital Henrietta Leavitt, quien supo ver que a partir de la variación de brillo de un determinado tipo de estrellas podía medirse la distancia a objetos lejanos. Le debería haber servido para ganar un Nobel, pero los méritos se los llevaron otros. La justicia histórica parece que ahora le devuelve la gloria.

Albert Einstein

Edwin Hubble

Milton Humason

George Gamow

Georges Lemaître

Aleksandr Firedman

Utilizando esa técnica, Hubble y su ayudante Humason llegan a descubrir que no solo hay a su vez infinidad de otras galaxias como la nuestra, si no que todas ellas está moviéndose, ¡alejándose de nosotros!El Universo, está en expansión. A partir de las ecuaciones de la relatividad general de Eisntein, otros investigadores tratan de entender porqué esto es así; no son las galaxias las que se alejan, es el propio espacio-tiempo el que se expande. La estructura misma del Cosmos está inflándose.Y hay una consecuencia clara; si se está en expansión, hay un momento en el pasado en el que el universo, aparentemente, tiene un comienzo. “Un día sin ayer”, diría Lemaître. La Teoría del Big-Bang había nacido.

George Gamow

Sin embargo hay una teoría rival que trata de explicar todos los datos observados como una creación contínua en todas partes del Cosmos, la Teoría del Estado Estacionario. George Gamow estudia el Big Bang (predijo también el ADN) y demuestra matemáticamente que bañando todo el cosmos debe haber una radiación de fondo producto de ese pasado.

1900 1950

Hubble & HumasonFriedmann

Leavitt

Lemaître

TEORÍA DEL BIG BANG

Gamow

Al mismo tiempo que se investigaba el universo a pequeña escala, la intimidad de la materia y la energía, se hacía lo propio a gran escala, no solo fuera de la superficie terrestre, sino hasta los confines del Cosmos.Ya a principios de siglo se empezaba a asumir, lo que se iría comprendiendo poco a poco, que ni la Tierra, como decía Aristóteles ni el Sol, como decía Copérnico, eran el centro del Universo. Nuestro sistema solar se mueve en torno al centro de una gran aglomeración de miles de millones de estrellas, llamada la Galaxia de la Vía Láctea.

1950

Carl Sagan

2000

Penzias & Wilson GuthHawking & Penrose

Esa radiación de fondo es detectada casualmente por dos ingenieros, Penzias y Wilson, lo que les reportó el premio Nobel. La Teoría del Big Bang recibe el apoyo definitivo.Desde entonces, el modelo del Big Bang ha sido, como el modelo estándar de partículas, muy perfeccionado con la aportación de muchos científicos. Lo mismo puede decirse de la Mecánica Cuántica y de la Relatividad General.Tampoco podemos olvidar la exploración espacial que se ha desarrollado dentro de los confines de nuestro sistema solar, impulsada sobre todo por Carl Sagan. Personaje fundamental en la Ciencia del siglo XX, al que le debemos no solo multitud de vocaciones por su serie Cosmos, si no también los primeros estudios sobre la posibilidad de vida extraterrestre, las consecuencias del cambio climático y de una guerra nuclear y es uno de los responsables fundamentales silenciosos de que el armamento nuclear mundial se redujera.

En la ciencia suele ocurrir que un científico diga: "Es un buen argumento, yo estaba equivocado", que cambie de opinión y desde ese momento no se vuelva a mencionar la antigua posición. Realmente sucede. Aunque no con la frecuencia que debería suceder, ya que los científicos son humanos y el cambio a veces es doloroso, pero ocurre cada día. No recuerdo la última vez que algo así pasó en política o religión

Carl Sagan

CITA

Nos animó a mirar y mirar más lejos. La misma tecnología empleada para visitar otros planetas, ha permitido poner telescopios y otros detectores en órbita y medir con precisiones sin precedentes los parámetros del universo, descubrir la verdadera dimensión del cosmos.

Las palabras del Newton y de Sagan se funden en la inmensidad del Océano cósmico…

… y en los confines del origen de los tiempos…

El modelo del Big Bang estaba entonces perfectamente asimilado, con un origen hace 13700 millones de años y el universo expandiéndose cada vez más despacio, desaceleradamente, por efecto de su propia gravedad, igual que la piedra que lanzamos al aire se va frenando y luego vuelve por acción de la gravedad de la Tierra…

1950

Carl Sagan

2000

Penzias & Wilson GuthHawking & Penrose

El Universo se está acelerando

Pero esos mismos aparatos que nos han permitido medir con tanta precisión deparaban la sorpresa, justo al final del siglo pasado, que el Universo se está expandiendo, pero no cada vez más lentamente, si no que lo está haciendo ¡aceleradamente! ALGO TIRA DE ÉL¿El qué? No lo sabemos…

Composición del

Universo

Energía Oscura68%

Materia Oscura27%

Materia Normal5%

El tema, de hecho, es fundamental. Ya años atrás pudimos ver que todo lo que observamos con nuestros telescopios y radiotelescopios es solo una fracción del contenido del Universo, como pudimos medir estudiando su comportamiento. A ese componente invisible, lo llamamos Materia Oscura. Tenemos claros candidatos para ella, simplemente no es observable con nuestros detectores.Pero ahora descubrimos que hay otro componente del cual no sabemos nada. Ni siquiera su existencia era sospechada, y todos los componentes conocidos no pueden dar explicación de ella. Se ha venido a llamar la Energía Oscura. Estos son los datos más actuales.

1950

Carl Sagan

2000

Penzias & Wilson GuthHawking & Penrose

El Universo se está acelerando

¿UNIFICACIÓN?2000

Y entramos en el siglo XXI, nuestro siglo. ¿Qué está ocurriendo ahora?¿Qué nos depara el futuro? Curiosamente, en esa energía oscura quizá resida parte de la llave del puzzle que nos impide hacer converger la física cuántica con la gravedad. ¿Qué relación tiene con la energía del vacío de la física de partículas? ¿Qué relación tiene con la estructura dimensional del mundo?

Lisa Randall

TEORÍA DE

SUPERCUERDAS

Dos teorías compiten hoy en día por lograrlo, una curiosamente que quizá representara el sueño de Pitágoras…

Carlo Rovelli

TEORÍA CUÁNTICA DE LAZOS

… mientras la otra sería el sueño de Demócrito…

SINGULARIDADES ESPACIOTEMPORALES

Stephen Hawking

Unos estudian las singularidades extremas del universo…

Kipp Thorne

ONDAS GRAVITACIONALES

Y AGUJEROS NEGROS

… otros trabajan, en el límite de la cuántica y la relatividad, con los eventos más energéticos…

Andrei Linde

INFLACIÓN CÓSMICA

… unos estudian los primeros momentos del Universo…

RUPTURA DE LA SIMETRÍA

Peter Higgs

… otros intentan entender la naturaleza de las partículas y los campos…

FÍSICA DE LO IMPOSIBLE

Michio Kaku

… o buscan los límites…

Carl Sagan

… o buscan vida en otros mundos…

En algún sitio algo increíble

espera ser descubierto.

Carl Sagan

COSMOS

Siempre habrá temas que nos lancen a la búsqueda.

Gracias

Gracias. (Carl Sagan y Lynn Margulis)