La astronomÃa no experimentó grandes avances en la Europa medieval, desgarrada por las luchas. El nacimiento y expansión del Islam a partir del siglo VII propició el florecimiento de las culturas árabe y judÃa, que conservaron, tradujeron y ampliaron muchas de las ideas astronómicas de los griegos. Muchos de los nombres de las estrellas más brillantes, por ejemplo, están tomados hoy del árabe, al igual que términos astronómicos como "cenit".
Cuando la cultura europea empezó a salir de su larga edad oscura, el comercio con los paÃses árabes permitió redescubrir textos antiguos como el Almagesto y despertar el interés por las cuestiones astronómicas.
Copérnico
Uno de los acontecimientos más importantes del Renacimiento fue el desplazamiento de la Tierra del centro del universo, una revolución intelectual iniciada por un clérigo polaco en el siglo XVI. Nicolás Copérnico nació en Torun, una ciudad mercantil a orillas del rÃo VÃstula. Se formó en derecho y medicina, pero sus principales intereses fueron la astronomÃa y las matemáticas. Su gran aportación a la ciencia fue una reevaluación crÃtica de las teorÃas existentes sobre el movimiento planetario y el desarrollo de un nuevo modelo del sistema solar centrado en el Sol o heliocéntrico. Copérnico concluyó que la Tierra es un planeta y que todos los planetas giran alrededor del Sol. Sólo la Luna orbita alrededor de la Tierra (Figura 2.17).
Copérnico describió detalladamente sus ideas en su libro De Revolutionibus Orbium Coelestium (Sobre la revolución de los orbes celestes), publicado en 1543, el año de su muerte. En aquella época, el antiguo sistema ptolemaico necesitaba importantes ajustes para predecir correctamente las posiciones de los planetas. Copérnico querÃa desarrollar una teorÃa mejorada a partir de la cual calcular las posiciones planetarias, pero al hacerlo, él mismo no estaba libre de todos los prejuicios tradicionales.
Partió de varios supuestos habituales en su época, como la idea de que los movimientos de los cuerpos celestes debÃan estar formados por combinaciones de movimientos circulares uniformes. Pero no asumió (como hacÃa la mayorÃa) que la Tierra tuviera que estar en el centro del universo, y presentó una defensa del sistema heliocéntrico elegante y persuasiva. Sus ideas, aunque no fueron ampliamente aceptadas hasta más de un siglo después de su muerte, fueron muy discutidas entre los eruditos y, en última instancia, tuvieron una profunda influencia en el curso de la historia mundial.
Copérnico sostenÃa que el movimiento aparente del Sol en torno a la Tierra a lo largo de un año podÃa representarse igualmente bien mediante un movimiento de la Tierra en torno al Sol. También razonó que la rotación aparente de la esfera celeste podÃa explicarse suponiendo que la Tierra gira mientras la esfera celeste está inmóvil. A la objeción de que si la Tierra girase sobre un eje volarÃa en pedazos, Copérnico respondió que si tal movimiento destrozarÃa la Tierra, el movimiento aún más rápido de la esfera celeste, mucho mayor, requerido por la hipótesis geocéntrica, serÃa aún más devastador.
El modelo heliocéntrico
La idea más importante del De Revolutionibus de Copérnico es que la Tierra es uno de los seis planetas (entonces conocidos) que giran alrededor del Sol. Gracias a este concepto, pudo elaborar la imagen general correcta del sistema solar. Colocó los planetas, empezando por el más cercano al Sol, en el orden correcto: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. Además, dedujo que cuanto más cerca está un planeta del Sol, mayor es su velocidad orbital. Gracias a su teorÃa, pudo explicar los complejos movimientos retrógrados de los planetas sin epiciclos y elaborar una escala aproximadamente correcta para el sistema solar.
Copérnico no pudo demostrar que la Tierra gira alrededor del Sol. De hecho, con algunos ajustes, el antiguo sistema ptolemaico podrÃa haber dado cuenta, también, de los movimientos de los planetas en el cielo. Pero Copérnico señaló que la cosmologÃa ptolemaica era torpe y carecÃa de la belleza y simetrÃa de su sucesora.
En la época de Copérnico, de hecho, poca gente pensaba que hubiera formas de demostrar si el sistema heliocéntrico o el geocéntrico más antiguo eran correctos. Una larga tradición filosófica, que se remontaba a los griegos y era defendida por la Iglesia Católica, sostenÃa que el pensamiento humano puro combinado con la revelación divina representaba el camino hacia la verdad. La naturaleza, revelada por los sentidos, era sospechosa. Por ejemplo, Aristóteles habÃa razonado que los objetos más pesados (que tenÃan más de la cualidad que los hacÃa pesados) debÃan caer a la Tierra más rápido que los más ligeros. Esto es absolutamente incorrecto, como demuestra cualquier experimento sencillo en el que se dejen caer dos pelotas de distinto peso. Sin embargo, en tiempos de Copérnico, los experimentos no tenÃan mucho peso (si se me permite la expresión); el razonamiento de Aristóteles era más convincente.
En este entorno, habÃa poca motivación para llevar a cabo observaciones o experimentos que permitieran distinguir entre las teorÃas cosmológicas rivales (o cualquier otra cosa). No debe sorprendernos, por tanto, que la idea heliocéntrica se debatiera durante más de medio siglo sin que se aplicara ninguna prueba para determinar su validez. (De hecho, en las colonias norteamericanas se seguÃa enseñando el sistema geocéntrico más antiguo en la Universidad de Harvard en los primeros años tras su fundación en 1636).
Contrasta con la situación actual, en la que los cientÃficos se apresuran a probar cada nueva hipótesis y no aceptan ninguna idea hasta que no tienen los resultados. Por ejemplo, cuando dos investigadores de la Universidad de Utah anunciaron en 1989 que habÃan descubierto una forma de lograr la fusión nuclear (el proceso que da energÃa a las estrellas) a temperatura ambiente, otros cientÃficos de más de 25 laboratorios de todo Estados Unidos intentaron duplicar la "fusión frÃa" en pocas semanas, sin éxito. La teorÃa de la fusión frÃa no tardó en fracasar.
¿Cómo verÃamos hoy el modelo de Copérnico? Cuando se propone una nueva hipótesis o teorÃa en ciencia, primero hay que comprobar su coherencia con lo que ya se sabe. La idea heliocéntrica de Copérnico supera esta prueba, ya que permite calcular las posiciones planetarias al menos tan bien como la teorÃa geocéntrica. El siguiente paso consiste en determinar qué predicciones de la nueva hipótesis difieren de las de las ideas competidoras. En el caso de Copérnico, un ejemplo es la predicción de que, si Venus gira alrededor del Sol, el planeta deberÃa pasar por toda la gama de fases al igual que la Luna, mientras que si gira alrededor de la Tierra, no deberÃa hacerlo (Figura 2.18). Además, no deberÃamos poder ver la fase completa de Venus desde la Tierra porque el Sol estarÃa entonces entre Venus y la Tierra. Pero en aquella época, antes del telescopio, nadie imaginaba poner a prueba estas predicciones.
Galileo y el inicio de la ciencia moderna
Muchos de los conceptos cientÃficos modernos de observación, experimentación y comprobación de hipótesis mediante cuidadosas mediciones cuantitativas fueron impulsados por un hombre que vivió casi un siglo después que Copérnico. Galileo Galilei (figura 2.19), contemporáneo de Shakespeare, nació en Pisa. Al igual que Copérnico, empezó a formarse para la carrera de medicina, pero tenÃa poco interés en el tema y más tarde se pasó a las matemáticas. Ocupó cargos docentes en la Universidad de Pisa y en la de Padua, y llegó a ser matemático del Gran Duque de Toscana en Florencia.
Las mayores aportaciones de Galileo se produjeron en el campo de la mecánica, el estudio del movimiento y las acciones de las fuerzas sobre los cuerpos. A todos nos resultaba familiar entonces, como a nosotros ahora, que si algo está en reposo, tiende a permanecer en reposo y necesita alguna influencia exterior para ponerse en movimiento. Asà pues, el reposo se consideraba generalmente como el estado natural de la materia. Galileo demostró, sin embargo, que el reposo no es más natural que el movimiento.
Si un objeto se desliza por un suelo horizontal rugoso, pronto se detiene porque la fricción entre él y el suelo actúa como una fuerza retardadora. Sin embargo, si el suelo y el objeto están muy pulidos, el objeto, dada la misma velocidad inicial, se deslizará más lejos antes de detenerse. Sobre una capa de hielo lisa, se deslizará aún más lejos. Galileo razonó que si se pudieran eliminar todos los efectos de resistencia, el objeto continuarÃa en un estado estable de movimiento indefinidamente. Sostuvo que se necesita una fuerza no sólo para que un objeto comience a moverse desde el reposo, sino también para ralentizar, detener, acelerar o cambiar la dirección de un objeto en movimiento. Lo entenderás si alguna vez has intentado detener un coche en marcha apoyándote en él, o un barco en movimiento tirando de un cabo.
Galileo también estudió el modo en que los objetos aceleran, es decir, cambian su velocidad o dirección de movimiento. Galileo observó objetos que caÃan libremente o rodaban por una rampa. Descubrió que dichos objetos aceleran uniformemente, es decir, que en intervalos de tiempo iguales aumentan de velocidad por igual. Galileo formuló estas nuevas leyes en términos matemáticos precisos que permitieron a los futuros experimentadores predecir la distancia y la velocidad a la que se moverÃan los objetos en distintos intervalos de tiempo.