Observación, datos y teorías (Geocéntrica vs. Heliocéntrica): MATERIAL PARA LEER E IMPRIMIR

La observación

Cuando un objeto, entidad o situación en la base empírica de la ciencia es conocida, suele decirse que contamos con un dato. En otro sentido, la captación de un OD puede también denominarse observación. Observar es mirar con atención.

Las observaciones se pueden clasificar de diversas maneras, entre ellas, tendremos en cuenta la siguiente clasificación, en relación al manejo de variables y capacidad predictiva de los sucesos:

·         Las observaciones espontaneas: ocurren en un momento determinado. No tienen precedente y no sé cuándo volverán a ocurrir, un ejemplo sería el paso de una estrella fugaz.

·         Las observaciones “controladas”: ocurren en un momento determinado, sin embargo no puedo actuar sobre ellas, pero si puedo predecir cuándo volverán a ocurrir. Un ejemplo sería el movimiento de los planetas.

·         Las observaciones experimentales (experimentos): en este caso puedo manejar completamente las variables para producir cambios.

Los datos y su carácter científico

De toda observación saco datos, el problema es que debemos determinar cuándo un dato posee carácter científico y cuándo no.

Los datos para ser considerados científicos deben cumplir con determinadas características:

·         Efectividad: este requisito exige que la verdad o falsedad de la afirmación sobre el suceso o el aspecto de la base empírica (OD) a los que nos estamos refiriendo pueda en principio ser dirimida (resuelta) en un número finito de pasos. De no ser posible, no aceptaríamos el presunto dato como científico.

·         Repetitividad: Este requisito afirma que los datos que importan a la ciencia deben tener la posibilidad de ser repetidos. Un dato único, irrepetible, no inspira confianza porque puede estar perturbado o ser el fruto de una conjunción casual de circunstancias. Pero si es repetible y lo que se afirma a propósito del ato se afirma también en sus repeticiones, tendremos una base confiable para creer que estamos en presencia de una regularidad de una ley.

·         Intersubjetividad: Este requisito plantea que ningún dato puede provenir de un único observador. En principio, debe ser posible para todo dato haber sido observado por más de un observador. La objetividad de un dato radica en su intersubjetividad, o sea, en el hecho de que distintas personas lo puedan registrar.

Teoría Geocéntrica Vs. Teoría Heliocéntrica

Desde tiempos muy remotos hombres y mujeres fijaron su atención en el cielo. Observaciones tales como la diversidad de estrellas que se observa en una noche sin luna incita la curiosidad de los hombres desde aquellas épocas. Surgieron entonces diferentes cosmologías que contaban cómo los dioses o la naturaleza misma habían obrado para brindarnos tan espectacular panorama. Hay que tener en cuenta que llevaban a cabo sus observaciones a simple vista, y que si bien contaban con un cielo sin contaminación atmosférica ni lumínica, no se había inventado todavía el telescopio.

Modelo geocéntrico

Según Aristóteles, la Tierra ocupaba el centro del universo y todos los demás cuerpos giraban en torno a ella con un movimiento circular eterno cuya velocidad de giro no variaba. Los diferentes cuerpos celestes, la Luna, el Sol, Mercurio y los demás planetas que se observan a simple vista, se encontraban, cada uno de ellos, fijados a una esfera transparente. Las esferas giraban con centro en la Tierra y así los cuerpos describían sus órbitas alrededor nuestro. Las estrellas conformaban la esfera más alejada de la Tierra formando una cáscara que era el confín del universo. Más allá de ellas no había nada, ni espacio ni materia. Dado que todas estas estrellas giraban juntas, sin separarse unas de las otras, la esfera que las contenía era la “esfera de las estrellas fijas”. Esta esfera de las estrellas fijas era la que, con su movimiento, arrastraba a las demás adentro de modo que todos los demás cuerpos celestes viajaban alrededor de la Tierra a distinta velocidad que las estrellas. Tales cuerpos eran llamados planetas (palabra que en griego significa astro errante), ya que parecían atrasarse o adelantarse respecto del giro de las estrellas. Según esta definición, los planetas eran el Sol, la Luna, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno.

Los demás planetas que conocemos hoy no estaban en la lista, porque recién fue posible observarlos con la ayuda de los telescopios casi dos mil años después. El universo de Aristóteles estaba lleno de materia, no existía el vacío y los cielos estaban divididos de modo que la esfera de la Luna y las más externas eran la zona supralunar, en donde reinaba la perfección y no había cambios; más aquí de la Luna, en la zona sublunar, las cosas eran imperfectas y todo estaba sometido a diferentes cambios y movimientos.

Según este modelo, como cada cuerpo celeste da vueltas alrededor nuestro siempre al mismo ritmo y atrasándose siempre una misma cantidad respecto del giro de las estrellas fijas, nunca podría observarse que el planeta empezara a recuperar camino como si girara más rápido que las estrellas fijas que lo arrastran, no podía haber cambios. Pues bien, el planeta Marte (y otros también) mostraba este comportamiento (la retrogradación de los planetas) y el modelo de Aristóteles tuvo que enfrentar esas observaciones (anomalías de la teoría).

Otra concepción de Aristóteles es la de espacio finito: si la materia es finita el espacio en el que se encuentra también lo es, en consecuencia el Universo es finito. Fuera de los cielos no puede haber ‘ni lugar, ni tiempo, ni vacío´.

El modelo de Ptolomeo

Ptolomeo, alrededor del año 150 (más de 500 años después de Aristóteles), trató de explicar el movimiento anómalo de Marte y los demás planetas que parecían adelantarse a las estrellas durante algunos días y luego continuaban atrasándose el resto del año. Sugirió que los cuerpos celestes realizaban movimientos alrededor de la Tierra que eran composiciones de movimientos circulares. Así, el planeta Marte realizaba un movimiento circular alrededor de un punto que a su vez giraba alrededor de la Tierra. Podemos imaginarnos un movimiento parecido al de una niña que está arriba de una calesita haciendo girar su llavero con la mano. De este modo las llaves realizan un movimiento circular alrededor de su mano, que a su vez gira alrededor del centro de la calesita. Cada círculo agregado al círculo centrado en la Tierra, era un epiciclo. Con la estrategia de agregar epiciclos, Ptolomeo pudo explicar las observaciones del movimiento anómalo de Marte. Sin embargo, año a año los seguidores de Ptolomeo deberían agregar más y más movimientos circulares ya que los cálculos difícilmente se ajustaban con las nuevas observaciones.

Pese a las diferencias entre los cálculos y las observaciones para el resto de los astros, era necesario conocer los movimientos del Sol y las estrellas con el objetivo de determinar las épocas del año. También las posiciones en el terreno se podían determinar por las mediciones astronómicas. Es decir que los cielos nos proveían del mejor reloj para el calendario de la agricultura diciéndonos cuándo era la época de la siembra, cuándo el de la cosecha y cuándo eran los tiempos de sequía o de inundaciones. Paralelamente nos permitían determinar las posiciones en el terreno para fijar los límites de los campos y nos servían para ubicarnos en la navegación. Los cielos marcaban el tiempo y las distancias. Solamente teníamos que aprender cómo mirar las estrellas para saber en qué parte de nuestro mundo nos hallábamos y en qué época del año.

CLAUDIO PTOLOMEO (100-178 aproximadamente) fue un gran matemático, astrólogo y astrónomo de Alejandría, Egipto. De él se conocen libros de geometría, de fenómenos ópticos y de música. En varios volúmenes desarrolla una Guía Geográfica en donde indica cómo se hacen mapas y da una lista de lugares de Europa, Asia y África con su latitud y longitud. También nos dejó un catálogo de más de mil estrellas con datos de su ubicación en el cielo.

 

Heliocentrismo

El Sol y la Luna

La Luna era el cuerpo celeste que mejor obedecía al modelo geocéntrico de Aristóteles luego corregido por Ptolomeo. Hoy diríamos que era el único cuerpo celeste que realmente giraba alrededor nuestro. El movimiento del Sol no se ajustaba bien al modelo geocentrista de Aristóteles. A finales del siglo XV y primera mitad del XVI, en época del Renacimiento, el problema de entender los movimientos del cielo se había tornado indispensable. Los cálculos con la teoría de Ptolomeo eran cada vez más complicados y siempre inexactos en sus predicciones. Con el comercio que se realizaba a través de los océanos, la navegación cobró gran importancia. Por eso se hizo indispensable la confección de tablas más precisas con la información anticipada de cómo se encontrarían los astros en cada día y noche del año para la ubicación de los barcos. Por otra parte, la astrología (el estudio de los astros en relación con la influencia sobre las personas) regía la vida de gobernantes y gobernados según las creencias de aquella época (y que persiste en muchas personas de nuestro tiempo). Los astrólogos realizaban sus pronósticos sobre la base de las posiciones de los distintos astros y así indicaban si sería un buen momento para los negocios, la exploración o el amor. Por lo tanto, era de vital importancia encontrar una manera de conocer mejor los movimientos de los astros.

En 1530 Nicolás Copérnico lanzó una idea revolucionaria: en el centro del universo estaba el Sol y no la Tierra. El Sol estaba quieto y a su alrededor giraban todos los demás cuerpos conocidos. La Tierra, además de este movimiento de traslación alrededor del Sol, giraba sobre sí misma y debido a este último movimiento se explicaban el día y la noche y el movimiento de los astros que parecían girar alrededor nuestro. La Tierra había sido destituida del centro del universo. La especie humana, aunque importante, ya no habitaba en el centro sino que giraba con su mundo alrededor de un cuerpo luminoso e incandescente.

La contribución de Copérnico

De acuerdo a la propuesta de Copérnico, la Tierra y los demás planetas giraban alrededor del Sol en órbitas circulares, mientras que la Luna giraba alrededor de la Tierra acompañándola en su órbita alrededor del Sol. La noción de planeta había cambiado: el Sol y la Luna ya no eran llamados “planetas” y en cambio la Tierra sí lo era.

Las dificultades enfrentadas por el modelo copernicano fueron muchísimas y muy graves. Para comenzar, los cálculos con el nuevo modelo eran tan malos como los que se obtenían con el que pretendía reemplazar. La propuesta de que la Tierra se mueve parecía muy absurda, si se toma en cuenta que no sentimos ningún efecto de ese movimiento. Más aún, si la Tierra realiza un movimiento circular alrededor del Sol, entonces desde uno y otro extremo de su órbita (es decir, en enero y en julio, por ejemplo) la visual a la misma estrella debe variar, pero este efecto llamado "paralaje estelar" no se observaba. Por otra parte, la física de Aristóteles explicaba la caída de una piedra debido a que la piedra tiene su lugar natural en el centro del universo y, al soltarla, se moverá en dirección a ese punto ya que es su lugar natural. Pero en el modelo de Copérnico, ¿por qué las piedras caen hacia el centro de la Tierra si ya no es el centro del universo? La física de Aristóteles no estaba hecha para la astronomía de Copérnico. El cuerpo del conocimiento científico se estaba fracturando. Seguíamos usando la física geocentrista, pero comenzábamos a usar la astronomía heliocentrista. Habrían de pasar todavía casi ciento cincuenta años para que volviéramos a tener un panorama unificado de cómo es la naturaleza de los cielos y la Tierra. Asoma una pregunta con mucha mayor fuerza que las anteriores: ¿Qué fue entonces lo que hizo que la propuesta de Copérnico sobreviviera y finalmente prosperara? La necesidad de confeccionar tablas para la navegación y para la astrología requería un sistema que explicara de forma más adecuada y unificada los movimientos de los astros. También se requería una reforma del calendario, ya que las fechas festivas religiosas se iban corriendo año a año. El modelo de Copérnico parecía promisorio por su simplificación de los movimientos de los planetas, aunque todavía ineficiente en los cálculos. Por otra parte, le daba una preponderancia al Sol que puede haber resultado tentadora para las creencias de la época. Finalmente el sentido estético de la simplicidad del modelo copernicano, en contraposición con el conjunto siempre creciente de movimientos adicionales que había propuesto Ptolomeo, puede haber jugado un papel de extrema importancia en una época en la que el arte nos brindaba figuras como Miguel Ángel, Botticelli y otras. Es de vital importancia destacar el contexto histórico y social que enmarcó la propuesta de Copérnico, ya que de haber sido solamente por el éxito predictivo, el modelo heliocentrista habría perdido la batalla contra el geocentrista, mientras que de hecho fue la semilla de un nuevo pensamiento que, aceptado recién un siglo y medio después, produjo un cambio revolucionario en la ciencia.

Nicolás Copérnico y sus aportes

(1473-1543) nació en Thorn, Polonia. Fue educado por su tío, un obispo, y comenzó sus estudios de matemática y astronomía en Cracovia, en el año en que Colón llegaba por primera vez a América. Más tarde estudió astronomía, medicina y leyes en Bolonia y en Padua, Italia. Finalmente se instaló en Frauenburg, cerca de la desembocadura del río Vístula, actual Polonia. Allí fue administrador y médico de su catedral. Llegó a ser uno de los economistas más importantes de su época, y Polonia unificó su moneda con Lituania siguiendo una de sus iniciativas. Rechazó la invitación de la Iglesia Romana a participar en un intento de reforma del calendario, ya que todavía no había resuelto el problema de la ubicación del Sol y la Luna a lo largo del año. Durante sus treinta últimos años realizó gran cantidad de observaciones astronómicas y preparó su única y grandiosa obra dedicada al papa Paulo III en 1542: Libro de las revoluciones. Copérnico agonizaba mientras se imprimía su obra. Un pastor luterano le agregó un prólogo (en forma anónima) en el que niega que el movimiento terrestre deba entenderse como real sino que se toma como un artificio de cálculo. Nada más alejado del pensamiento del autor, que había dedicado su vida a la reformulación del sistema astronómico para adecuarlo a la “realidad”. Copérnico recién pudo ver estos primeros ejemplares, con el agregado mencionado, el día de su muerte.

El nacimiento de una nueva física

El modelo copernicano había desafiado a la astronomía aristotélica. Se podía mostrar que los movimientos de los astros podían explicarse (aunque no sin gran desajuste con los datos) si se suponía que la Tierra realizaba un movimiento de giro sobre su eje y a su vez una traslación alrededor del Sol. Pero el modelo copernicano nada decía de los movimientos que realizaban los cuerpos aquí en la Tierra. Si las piedras caían porque, según el modelo aristotélico, su lugar natural es el centro del universo, entonces ¿por qué caen hacia el centro de la Tierra si ésta ya no es el centro del universo? Si Copérnico tenía razón, entonces los objetos deben caer por otro motivo.

Galileo se dedicó, entre otras cosas, al estudio de la caída de los cuerpos. No llegó a darnos un motivo por el cual caen los cuerpos, como lo hizo Newton años más tarde, pero nos dejó una nueva manera de estudiar la naturaleza. Galileo observó la naturaleza esperando encontrar regularidades, leyes de la naturaleza. La observación y la recolección de datos tenían un papel importante en la obtención de la forma matemática de esas leyes. Los razonamientos y los experimentos mentales (imaginados), en cambio, le servían de guía para proponer las distintas relaciones entre fenómenos. De su estudio de la caída de los cuerpos Galileo concluyó que, cuando el rozamiento con el aire es despreciable, todos los cuerpos caen con la misma aceleración (en un mismo lugar de la Tierra). Para alcanzar esta conclusión Galileo se nutrió, como dijimos, de dos vertientes diferentes. Por un lado, acumuló una gran cantidad de datos midiendo el tiempo de caída de diferentes cuerpos desde una misma altura.

Observaciones de Galileo

Por otra parte, Galileo se dedicó al estudio del cielo con la ayuda de un telescopio que modificó él mismo para mejorarlo. Con ayuda del telescopio, Galileo descubrió que Venus tenía fases como la Luna, que la Luna tenía montañas y valles, que Júpiter tenía lunas, que había más estrellas que las que se podían ver a simple vista y que Saturno tenía unas salientes (como orejas) que cambian con el tiempo (aunque no pudo determinar que eran anillos). Incluso llegó a descubrir y dibujar las manchas solares. Cada uno de estos descubrimientos estaba en contra del modelo aristotélico.

Las montañas de la Luna

Galileo modificó un telescopio para darle mayor poder y con ello poder observar con más detalle la superficie de la Luna. Sin embargo esta modificación también producía efectos no deseados, aberraciones, de modo que era necesario distinguir entre los aspectos de la imagen que eran amplificadas y los aspectos que solamente aparecían como un defecto del instrumento. Para esa época no se disponía de una teoría óptica, sino que el conocimiento sobre las lentes era un conocimiento técnico basado en la tradición de pulir las lentes para obtener diferentes grados de aumento. Por este motivo era difícil para Galileo respaldar sus observaciones de rasgos en la superficie de la Luna que sus oponentes no querían aceptar. Galileo respaldaba el uso del telescopio mostrando que con este instrumento se podían observar detalles de un barco que todavía no llegó a puerto y luego verificar que esos detalles estaban en el barco. Esto constituía un método de prueba que garantizaba que el telescopio no creaba las imágenes sino que las amplificaba. Sin embargo esta prueba solo sirve para objetos que más tarde podemos inspeccionar de modo directo. Esto restringe el método de prueba a un rango de distancias y objetos de modo que no es el mismo modo respaldo que necesitamos para garantizar las imágenes que nos llegan de la superficie lunar.

Galileo tenía un método de respaldo que no podía extrapolarse al rango en el que era necesario hacer las observaciones. Que el telescopio no crea imágenes sino que las amplifica era algo probado para un rango, pero lo que estaba en discusión no tenía ningún respaldo y sería necesario tener una teoría (óptica) para obtener ese respaldo.

Las observaciones que realizó Galileo le dieron la convicción de que en la superficie de la Luna había cráteres y montañas. Esto no era aceptable para el modelo geocentrista defendido por la mayoría de los científicos de su época. Según el geocentrismo la Luna, ubicada en la zona supralunar, debía ser perfectamente esférica. Su superficie no podía tener irregularidades. Estas observaciones entonces constituían una anomalía para el geocentrismo, siempre que se aceptara que lo que estamos viendo con el telescopio es algo que corresponde a la superficie lunar y no que es una imagen creada por el propio telescopio, es decir que no sea una aberración.

Los oponentes de Galileo, con la intención de defender su cosmovisión geocentrista, tenían su mejor objeción en que no tenemos garantía de que lo que se ve por el telescopio realmente exista en la Luna.

Pero una segunda estrategia fue la de generar una hipótesis ad hoc bastante divertida. La estrategia era aceptar que la Luna tenía cráteres y montañas pero estaba rodeada de una capa imperceptible que la rodeaba, y esta capa imperceptible era perfectamente esférica y sin rugosidades. Se cuenta que Galileo respondió que efectivamente la Luna tenía una capa imperceptible que la rodeaba, pero que esa capa copiaba los cráteres y las montañas. De este modo el recurso a la hipótesis ad hoc se torna totalmente inútil ya que no es posible poner a prueba ninguna afirmación acerca de una capa que es "imperceptible".

El universo newtoniano

El proceso de cambio de cosmovisión que involucró el abandono del geocentrismo parece culminar en la  propuesta de Newton. En esta propuesta se terminan de producir cambios de gran importancia entre los que se destacan la unificación de las leyes de movimiento de los astros y de los objetos aquí en la Tierra; la comprensión de los problemas astronómicos en un universo infinito; la caída de los cuerpos; el rozamiento con el aire; y otra serie de cuestiones que habían sido motivo de controversia en diferentes tramos de este cambio revolucionario que tomó alrededor de 150 años.