¿Y si Galileo no fuera el primero?

Una revisión a los orígenes históricos de la mecánica clásica

Cuestiones de la enseñanza y la divulgación

La investigación, divulgación y enseñanza son ámbitos relevantes para la construcción y evolución de la física. Sin embargo, en estas esferas se suele encontrar fallas de tipo histórico y en ocasiones de carácter conceptual. Puntualmente en el asunto que tiene que ver con el conocimiento de las ciencias físicas del periodo histórico conocido como la edad media. 

La situación se devela en varias obras de carácter divulgativo como por ejemplo en la obra de George Gamow publicada en 1961 y que se titula “La biografía de la física”. En este documento se realiza un viaje muy encantador a través de la evolución histórica de la física. Desde las culturas antiguas de los ríos Nilo y Ganges, hasta llegar a la era del átomo y la física de partículas. En el apartado “Las edades oscuras y el renacimiento” el libro menciona someramente la fundación de varias universidades europeas entre el año 1100 y 1200. No obstante, Gamow parece insinuar que este periodo en lo que compete a las ciencias físicas no fue productivo, en pocas palabras no paso nada. Excepto la apropiación de las ideas Aristotélicas por parte de los escolásticos entre los siglos XIII y XV.  

Otro documento que evidencia esta situación es la obra publicada por primera vez en 1989 por el fondo de cultura que lleva por título “Calor y movimiento” escrita por Magdalena Rius y Mauricio Castro. Este trabajo realiza un viaje de carácter histórico y de carácter técnico a través de los conceptos fundamentales de la termodinámica, finalizando con una reflexión respecto a la comunicación de la ciencia.  Pero, ya en su segunda reimpresión del año 2011 se insinúa que en la baja edad media se presenta un “deshielo” después de un periodo de hibernación de 15 siglos para la ciencia. En el libro se hace mención de dos personajes del medioevo como Roger Bacon y Petrus Peregrinus, e incluso se indica la aparición de distintas universidades en las diferentes regiones europeas. Y al igual que Gamow se establece que lo más importante de este periodo fue la retoma de las ideas de la física Aristotélica y luego un periodo de esterilidad científica de tres siglos.

Un último ejemplo de estas circunstancias se encuentra en el libro escrito en 2017 por Javier Santaolalla “inteligencia Física”, escrito que es muy interesante desde el punto de vista divulgativo de las ciencias físicas. Este libro realiza un viaje a través de los sentidos y su conexión con la física. Lo cual lleva a diferentes niveles de inteligencia, hasta llegar a un nivel máximo de superinteligencia. En el capítulo 6 de “inteligencia formada” Santaolalla menciona de manera correcta que Galileo generalmente se considera como pionero de la ciencia moderna. Ahora bien, en este texto y como en los otros pareciera que mágicamente Galileo generó las ideas de Inercia y velocidad relativa, ideas que parecen venir a su mente por generación espontánea a partir de las descarriadas ideas de Aristóteles.

Situación que no es de sorprender, incluso el experto en historia y filosofía de la ciencia Paul Feyerabend estableció en su teoría del “Anarquismo Gnoseológico” que de las ideas de la física aristotélica se pasó directamente a las ideas de la física galileana, esto sin analizar instancias intermedias de pensamiento que se desarrollaron en la baja edad media, así lo establece Shapere en su obra publicada en 1966.

En este sentido se hace patente la necesidad de realizar ajustes en los ámbitos de la enseñanza y la divulgación de la ciencia. Especialmente en lo que compete al cambio de discurso respecto a los desarrollos de la física en la edad media. Ya que estos discursos hegemónicos en los que Galileo se hace con ideas novedosas sin más, reflejan un gran desconocimiento en el desarrollo histórico de la ciencia. Situación que genera una imagen diluida de lo que es en esencia el que hacer científico.

Este documento pretende constituirse en una herramienta de carácter informativo que inste a los investigadores, divulgadores y docentes de la física a averiguar más respecto al acontecer de la ciencia. Contenido que seguramente les permitirá replantearse la cosmovisión que tienen de la física y de la ciencia al momento de investigar, divulgar o enseñar.

De asuntos medievales

La mala fama que tiene el medioevo según lo plantea Diana Uribe en su libro “Revoluciones” publicado en 2020., fue creada en el periodo de la ilustración con el afán de desvincularse de las supersticiones de la religión, lo que permitiría la creación de un nuevo mundo a la luz de la razón. Era tanto el deseo de cambio del pensamiento ilustrado, que en el proceso de la revolución francesa los manifestantes se apoderaron de los templos eclesiásticos y los convirtieron en templos de la razón, incluso allí se rindió culto a deidades como Marianne la diosa de la libertad. Esta jocosamente fue la manera de emanciparse de la razón, generar una disputa de un fanatismo con otro.

Como es común en los procesos revolucionarios se creó un discurso hegemónico que trató de diezmar el relato dominante, de esta forma la ciencia o lo que quizás algunos llamarían presciencia medieval se vio disuelta. Así personajes importantes en el ámbito de las ciencias físicas en el medioevo como “Grosseteste”, Bradwardine, Nicolás de Óreseme, los Calculadores de Merton College y Buridán se vieron relegados a un lugar oscuro en la historia de la humanidad y en particular en la historia de la ciencia.

De todos modos, la historia de la física medieval se ve reivindicada en el siglo XX periodo en el que se han realizado investigaciones históricas en torno a la ciencia medieval. Ese es el caso de la gran obra compilatoria del historiador de la ciencia José Babini que lleva por título “Historia de la ciencia”, publicada en 1968, la cual consta de 26 tomos que van desde la “Prehistoria de la ciencia” hasta “Astronomía y física del siglo XIX”.  En esta enciclopedia se destacan los tomos 9, 10 y 11 que comentan detalladamente el devenir de la ciencia medieval.  

Otro documento que explica la evolución de la física en la edad media es “La ciencia física en la edad media” de Edward Grant publicada por primera vez en español por los “Breviarios de fondo de cultura económica de México” en el año de 1983. Este trabajo habla de la ciencia medieval desde el siglo VI al X, culminando con el análisis de la ciencia medieval en lo que compete al funcionamiento de los cielos y la tierra, no sin antes pasar por uno de los problemas centrales de la física de la edad media como lo es el tema del movimiento de los cuerpos.

En última instancia se destaca el libro de Eugenio Villar García titulado “Breve historia de la física: sus artífices” el cual fue publicado en el año 2012. Este documento resulta ser un trabajo muy interesante que justifica gran parte del proceso histórico de la física en el periodo de la edad media, destacando personajes de la época como Petrus Peregrinus, Bradwardine, Guillermo de Ockham entre otros.  

Como se ha puesto en evidencia existe una variada bibliografía que da cuenta de la evolución de la ciencia en la edad media y en este caso de las ciencias físicas.  Esto por supuesto invita a investigadores, divulgadores y docentes a descubrir nuevos relatos, que los alejen de la estática historia de la ciencia que se ha cargado a hombros en los últimos 200 años.

¿De qué va el conocimiento medieval?

Con la liberación de la península ibérica del imperio árabe a finales del siglo XI se abrió la puerta a occidente para retomar centros académicos y culturales en Toledo y otras regiones españolas, esta conexión de occidente con el conocimiento resguardado por los árabes les permitió acceder de manera más abierta al conocimiento científico. Este periodo histórico se conoce como el periodo de las traducciones, ya que toda información filosófica y científica que se encontraba era traducida al latín para su posterior análisis y estudio. 

El fervor por el conocimiento y el entendimiento de la organización estructural del discernimiento árabe en las distintas casas de la sabiduría, sirvió como inspiración para la creación de centros de estudio. De esta manera se constituyeron los primeros institutos de erudición que posteriormente tomarían el título de universidades de manera oficial. Entre estos se encuentran las escuelas de París, Oxford y Bolonia. Las instituciones de París y Oxford se especializaron en filosofía y ciencia, mientras que la de Bolonia se centró en el derecho y la medicina.

Las universidades en primera instancia tenían un núcleo central de enseñanza conocido como las artes liberales o específicamente denominadas Trívium y Quadrivium.  El Trívium estaba relacionado con las doctrinas de la elocuencia: gramática, dialéctica y retórica. Por otro lado, el Quadrivium estaba asociado a las disciplinas matemáticas; aritmética, geometría, astronomía y música. A inicios y mediados del siglo XIII esta estructura curricular se fue rompiendo, ya que los eruditos empezaron a interesarse más por la lógica y la ciencia recién redescubiertas a la luz de las ideas Aristotélicas. En este sentido, las obras de Aristóteles más discutidas fueron; Los ocho libros de “física”, los cuatro libros de “El cielo y el mundo” entre otros documentos que trataban de temas como psicología y ética. 

El pensamiento Aristotélico al contrario de lo que la mayoría del mundo piensa, trajo consigo un gran crecimiento intelectual a mediados del siglo XIII. Esto condujo a una disputa entre el pensamiento filosófico y científico versus el pensamiento teológico de larga tradición presente en el ámbito escolástico. El Papa Juan XXI mostró gran preocupación por estas disputas que tenían como epicentro la universidad de París, por lo tanto, solicito a Étienne Tempier para que efectuara las investigaciones correspondientes del caso. A las dos semanas, exactamente el día 27 de marzo de 1277 Tempier condena las 219 tesis filosóficas aristotélicas que no eran consecuentes con la fe cristiana de aquellas temporadas. Algunas de estas tesis eran; “Las discusiones teológicas se basan en fábulas” o “Dios no puede ser la causa de un nuevo acto, ni tampoco puede producir algo nuevo”. Aun así, parece ser que esta condena fue anulada en el año de 1325 por parte de la iglesia.

En ese instante fue la primera vez que la iglesia intervino el desarrollo académico e intelectual de los académicos, pero, esta no sería la última. Algunos investigadores de la historia de la ciencia medieval como Pierre Duhem insinúan que este periodo histórico pudo ser la primera campanada de advertencia para la futura aparición de lo que expertos como Alexander Koyré denominaron “Revolución científica” de los siglos XVI y XVII.

¿Y quiénes son estos fulanos?

Algunas cuestiones experimentales

Sin duda alguna uno de los personajes más reconocidos de este periodo histórico, fue Roger Bacon (1214 – 1294). Quien fue un filosofó, teólogo y científico. Es reconocido por varios autores como el creador del método científico experimental. Fue discípulo de Roberto Grosseteste, quien estudio procesos ópticos de la luz empleando técnicas cercanas al pensamiento científico. Inspirado en los trabajos de su maestro, Bacon insinuó la posibilidad de una velocidad constante para la luz. 

Este destacado personaje escribió variadas obras, con todo, la que parece tener mayor preponderancia es “Opus Maius” en este documento se destaca su visión experimental, la cual incluso plantea los diferentes errores experimentales y teóricos que se pueden cometer en una investigación; errores humanos, prejuicios e incluso un falso concepto del saber. Ferviente admirador de Petrus Peregrinus (? – ?) quien escribiera por primera vez un tratado experimental sobre los imanes en 1269.

Inspirado en estas ideas Bacon crea su visión experimental del conocimiento, así plantea tres concesiones, Primero: la experimentación permite poner a prueba Las conclusiones a las que se llegan a partir de los análisis matemáticos, ya que ninguna ciencia puede ser concebida sin el rigor matemático. Segundo: La experimentación les entrega a las ciencias deductivas conocimiento que por sí solas no podrían lograr. Tercero: Estos experimentos pueden llevar a nuevos conocimientos.  Estos argumentos muestran que para Bacon la experimentación tiene un lugar muy importante en la construcción del conocimiento. 

¿Y el asunto del movimiento de los cuerpos?

El problema del movimiento de los cuerpos que fue planteado en primera instancia por el pueblo griego, específicamente discutido por Aristóteles y Platón. Situación que dejo para la posteridad las ideas del primero como referente en estas temáticas. Esta teoría del movimiento contaba con tres ideas fundamentales. Primero: Todos los objetos del universo se encuentran constituidos por una mezcla de cuatro elementos fundamentales; Tierra, fuego, agua y aire. Segundo: Estos objetos dependiendo de su elemento dominante tienen su lugar natural ya sea por su levedad o por su gravedad. Tercero: La velocidad de movimiento de un objeto es directamente proporcional a la fuerza que genera dicho movimiento e inversamente proporcional a la resistencia que se opone al mismo.  De estos principios se deriva la idea de que en un movimiento de caída libre se desploman más rápido los objetos más pesados y más lento los más livianos. Y así mismo que la velocidad de movimiento de los cuerpos se hace constante rápidamente en la caída.   

Según este pensamiento existen dos tipos de movimiento, uno violento que es generado por la influencia de un objeto u agente externo que inicia el desplazamiento (Lanzamiento horizontal de una piedra). Y un movimiento natural que es inherente a la naturaleza de los cuerpos (el Agua y la Tierra se mueven en línea recta hacia el centro del universo).  Estos dos tipos de movimiento se convirtieron en la parte central de estudio de los letrados del medioevo.  

Resolviendo el problema del movimiento natural

En cuanto al movimiento natural, ya en el siglo XIII y para tratar de resolver esta problemática se plantea la idea de resistencia interna, esta idea aplica para objetos mixtos (compuestos de tierra, fuego, aire y agua en variadas proporciones) que dependiendo de su composición tenderían elevarse o a caer libremente, al parecer el concepto de resistencia interna es la manifestación de la disputa de estas dos naturalezas dentro del cuerpo en cuestión.  Lo interesante de este concepto es que permitió en 1349 a Tomás Bradwardine, Alberto de Sajonia y otros, determinar que en el vacío dos objetos homogéneos en sus dimensiones, pero de diferente peso caerían a la misma velocidad.  

Situación descrita aproximadamente 240 años después por Galileo en su libro “De Motu” publicado cerca del año 1590.  Como se evidencia este no parece ser un hecho que surgió de manera espontánea en la teoría galileana, algunos autores afirman que es muy posible que galileo conociera de primera mano las discusiones llevadas a cabo por estos hombres del medioevo, lo cual pudo inspirar estas ideas.  

En el siglo XIV nació en la universidad de Oxford un grupo conocido como los “Calculadores de Merton College” un grupo integrado por personajes como William Heytesbury, Thomas Bradwardine, Richard Swineshead y John Dumbleton.   El trabajo de William Heytesbury y Richard Swineshead fue publicado póstumamente para Swineshead “Calculador” en el año de 1477 y fue titulado “Liber Calculationum” en este trabajo de índole pre- infinitesimal se demostró de manera estrictamente retórica una proposición conocida como “La regla de Merton” que afirma: “Un cuerpo en movimiento uniformemente acelerado recorre, en un determinado intervalo de tiempo, el mismo espacio que recorrería un cuerpo que se desplaza con una velocidad constante igual a la velocidad media del primero”. Este teorema se constituye en uno de los enunciados fundamentales de la teoría de la caída libre de los cuerpos expuesta por Galileo en el corolario I de la jornada 3 de su libro “Diálogo sobre dos nuevas ciencias” publicado en 1638.

Por otro lado, en Francia Nicolás de Óreseme desarrolló un diagrama conocido como “intensidad de las cualidades”, el esquema presenta algunas similitudes a las ideas cartesianas del siglo XVII. En este se plasmaban “la longitudo” (las abscisas o eje x) y “la latitudo” (las ordenadas o eje y).  Lo novedoso es que uno de estos ejes, en este caso el eje x representaba una magnitud como el tiempo. La diferencia con el sistema cartesiano es que en estos diagramas interesan las áreas bajo la curva mientras en el primero interesa la forma de la curva.  En este esquema si la velocidad del movimiento es constante (latitudo uniformis), esta genera una recta paralela al eje x, si es uniformemente variada (latitudo uniformiter difformis) generaría una recta oblicua al eje x. (Grafica 1). Con este esquema es posible demostrar “La regla de Merton”.

En el diagrama el área bajo las curvas representa el espacio recorrido d, aquí se aprecia que el área de color rojo es equivalente al área de color verde, lo cual indica que en los dos movimientos se recorren espacios iguales que en esencia es lo planteado por la “Regla de Merton”. Sin embargo, para dar más precisión y emplear el lenguaje moderno se sigue así. En el diagrama el segmento AB es equivalente a la velocidad inicial de movimiento v, la fracción DC es equivalente a la velocidad final del movimiento V y el pedazo GH es equivalente a la velocidad promedio v_p entre v y V, por último, el segmento AD representa el tiempo t de los eventos.

De esta manera se puede calcular al área del rectángulo rojo como d= v_pt (1) recordando que el promedio de velocidad se calcula como v_p=(v+V)/2 (2), reemplazando esto en (1) se tiene que d=((v+V)/2)t (3). Además, sabiendo que V=v+gt donde g es la pendiente de la recta BC y finalmente realizando un trabajo algebraico entre (3) y (4) sé establece que d=vt+(1/2)gt² (5). Esta es la ecuación del movimiento uniformemente variado establecida por Galileo años después.

Los datos develan que los científicos del medioevo tenían muy bien caracterizada la cinemática de los movimientos con velocidad constante y los movimientos con aceleración constante. Es por esto que algunos académicos alegan que estas leyes del movimiento uniformemente variado no fueron establecidas por Galileo sino por los “Calculadores de Merton College”.  Así lo hace saber el historiador y matemático Clifford Truesdell en su libro titulado “Ensayos de Historia de la Mecánica” que fue publicado en 1975.  

Resolviendo el problema del movimiento violento

Las ideas aristotélicas fueron puestas en tela de juicio de entrada en la edad media. En el siglo VI el comentarista griego Juan de Filopón refutó los postulados aristotélicos respecto al papel del aire en el desplazamiento de los cuerpos en un movimiento violento, ya que Aristóteles insinuaba que, en el lanzamiento horizontal de un objeto, era el aire quien empujaba a los objetos hacia adelante. Aunque, para Filopón lo que hacía mover el objeto hacia adelante era una fuerza inmaterial impresa en el objeto, esta idea será posteriormente fundamental para aclarar esta problemática. En este sentido Averroes devela un ensayo crítico respecto al pensamiento aristotélico escrito por Avempace (1138) quien talvez fue influenciado por Filopón. En este escrito Avempace descubre que el papel del aire en el movimiento de un cuerpo no es empujar al objeto hacia adelante como plantea Aristóteles, sino al contrario el papel de este es retardar el movimiento. 

La fuerte influencia de pensadores como Averroes, Avicena y Avempace los cuales se fundamentaron a su vez en Filopón, generó en el siglo XIII la creación del concepto de “Ímpetu” que se podría considerar como una versión primitiva de lo que actualmente se conoce como momento lineal. El pensador Nicolás Boneto planteo que “en un movimiento violento queda impreso en el móvil alguna forma no permanente y transitoria de modo que el movimiento en un vacío es posible en tanto que esta persista; pero cuando desaparece, este movimiento cesa”. Esta teoría por supuesto representaba un rechazó a la teoría aristotélica del movimiento violento, no obstante, hubo contradictores como Roger Bacon y Tomás de Aquino quienes consideraban esta hipótesis completamente falsa.

Ya entrado el siglo XIV se hizo más popular esta idea y fue defendida por personajes como Francisco de Marchia y Juan Buridán.  Al parecer este último fue el que acuño el término “ímpetu”.  Según Buridán cuando un objeto es arrojado violentamente de manera horizontal recibe sobre sí el “ímpetu” que le permite seguirse desplazando hacia adelante aún después de perder el contacto con la mano que lo arroja, igualmente, al movimiento del objeto se oponen la resistencia del aire y la gravedad. Este “ímpetu” resulta ser proporcional a la velocidad inicial de movimiento del objeto y al peso propio del objeto, siendo esto operativamente hablando equivalente al momento lineal moderno.

Posteriormente Alberto de Sajonia quien fuera discípulo de Buridán planteo el movimiento de un proyectil en tres etapas. Primera: El objeto lanzado se desplaza de manera horizontal, ya que en este intervalo el efecto de la gravedad se hace despreciable, Segunda: el objeto empieza a curvar su trayectoria debido a la presencia de la gravedad y del aire que se oponen al mismo, y Tercera: en este punto la gravedad domina completamente el movimiento y el objeto cae verticalmente, esto se aprecia a continuación.  

Este tipo de teorías estuvieron vigentes hasta los tiempos de Galileo, e incluso parece que Galileo en su obra “De Motu” Empleó el concepto de “ímpetu” asociado a una fuerza autodisipante que daba respuesta a la disminución de la velocidad cuando un objeto era lanzado verticalmente. Como consecuencia el objeto realizaba la caída a una velocidad constante. Galileo abandono esta idea creando un concepto de “ímpetu” que se conserva y que además es de carácter acumulativo, es una idea diferente a la de Buridán, pero bastante cercanas, en especial por su relación con la masa y la velocidad del objeto.

Tal vez uno de los mayores inconvenientes que presentó la física medieval en lo que compete al problema del movimiento de los cuerpos fue querer resolver de entrada el problema de las causas del movimiento, lo que generó un proceso lento en el desarrollo de los análisis cinemáticos del movimiento.

Por otro lado, vale la pena destacar que la figura de Galileo parece ser la combinación de las ideas experimentales de Roger Bacon, los análisis cinemáticos de “Los calculadores del Merton College” y de Nicolás de Oresme y finalmente el análisis dinámico de Juan Buridán. Situación que no parece tan descabellada teniendo presente los antecedentes.   

¿Y la corona de Galileo qué?

Quizás en este punto alguien podría cuestionarse respecto al aporte de Galileo como uno de los padres de la ciencia moderna, e incluso podría dudar de su aporte. Al respecto se puede decir que el gran aporte que realiza Galileo en los ámbitos de la física y la astronomía a finales del siglo XVI e inicios del siglo XVII no está en discusión.

Lo que se pone en tela de juicio y se discute es que se encuentran investigadores, divulgadores de la ciencia y profesores que manifiestan que el origen de la cinemática se aprecia en la figura de Galileo. Como ejemplo el artículo titulado “Galileo y la Génesis de La Cinemática del Movimiento uniformemente acelerado” de Lucio R. Berrone que fuera publicado en 2001. En este trabajo se encuentra un estudio muy completo de “Diálogos acerca de dos Nuevas Ciencias” de Galileo.  El artículo hace desarrollos muy interesantes respecto a los experimentos y análisis de Galileo, pero en este documento el autor también reconoce que en la edad media personajes como Óreseme y otros ya habían trabajado este tipo de problemáticas.

El mismo Galileo al inicio de la Jornada tercera de “Diálogos acerca de dos Nuevas Ciencias” manifiesta que este tema es antiguo y que hay mucha literatura al respecto, pero que no hay textos que den información precisa de la proporción con la que la aceleración en el movimiento natural de caída afecta a los cuerpos. Lamentablemente en este punto Galileo no aclara o hace referencia algún académico en particular, lo cual dificulta saber si Galileo fundamento sus trabajos en alguno de ellos.

A pesar de esto, en contra vía con Berrone y a la luz de la evidencia expuesta en este documento sería interesante plantear que es posible que Galileo se constituyera no como la “génesis” de la cinemática sino como la síntesis de un conocimiento cinemático y dinámico previo que tuvo sus raíces en el siglo VI y que fue evolucionando hasta mediados del siglo XV

A modo de Consumación

Sin duda alguna este documento ha puesto de manifiesto que más allá de la creencia popular de que la ciencia en la edad media anduvo por una senda oscura, lo que tuvo fue un periodo de luz que fue opacado por las luces de la denominada ilustración del siglo XVIII, que en su afán de emancipación de la iglesia creo un discurso hegemónico que convirtió a la edad media en la famosísima edad oscura.

La realidad es que en la edad media se gestaron conceptos como el “ímpetu”, el “análisis cinemático primitivo” fundamentado en diagramas que evocan ideas de carácter cartesiano, también se establecieron los conceptos de velocidad, aceleración, movimiento uniforme y movimiento uniformemente acelerado.  Evidencias que invitan al lector a eliminar de su mente la falsa idea de que en cuestiones de ciencias físicas en la edad media no ocurrió nada.

La investigación, divulgación y enseñanza son los pilares principales sobre los que se construye la física, de estas instancias depende la imagen que se transfiere a propios y a extraños de lo que es el quehacer científico. Seguramente es de interés general probar que la física se constituye como estructura coherente, ya que ha sido una obra de carácter colectivo que inició hace miles de años.

Referencias

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