REVOLUCIÓN DE LA FÍSICA Y SU IMPACTO

EN LAS CIENCIAS DEL SIGLO XVII

Rolando Delgado Castillo y Francisco Arturo Ruiz Martínez

Universidad de Cienfuegos.


 

 

 

 


 

La Europa que sirve de escenario al despegue de las ciencias y más particularmente a la Revolución de la Física en la Inglaterra de Isaac Newton (1643 –1727), conformó un complejo panorama político, económico y social.

 

Domina el acontecer político de la primera mitad del siglo, la guerra de los 30 años, (1618 – 1648) resultado de choques de intereses religiosos, políticos y económicos. A partir de la paz de Westfalia, Europa se convierte en un mosaico de estados nacionales que representan el fin del poder del Imperio y del Papado. A la secularización del estado correspondió una secularización del pensamiento que impulsó el progreso de las ideas científicas.

 

Hacia la segunda mitad se destacan los desarrollos de dos modelos políticos:

 

·        El esplendor de la monarquía absoluta de Luis XIV (1643-1715) que cristaliza el liderazgo francés.

 

·        El agitado paisaje de las sociedad inglesa con la guerra civil (1642) que conduce a la instauración y vida de la República de Cromwell (1649-1660), la posterior restauración de los Estuardos, y finalmente la abdicación de Jacobo II (1660 –1688) mediante la Revolución pacífica de 1688.  Esta revolución se considera el hito histórico que inaugura el dominio inglés de los mares, del comercio y de la Revolución Industrial.  

 

En lo económico se producen zigzageos pero la tendencia expresa un incremento del comercio colonial reflejado en la constitución de las grandes compañías de la Indias en las tres potencias que emergen  como líderes, Holanda, Inglaterra y  Francia. Aparecen las instituciones que prefiguran el naciente capitalismo como la Bolsa de Amberes y la Banca nacional. El transito de la producción artesanal, doméstica, a la manufactura se traduce en la creación de instalaciones,  se incuban novedosas técnicas y proliferan las profesiones que gestan las propias instituciones de nuevo tipo.

 

No se puede decir que los científicos del siglo mostraron indiferencia por los reconocidos movimientos sociales que bajo el término de Reforma tuvieron lugar. Desde John Neper (o Napier, 1550 -1617) en Escocia hasta Newton en Inglaterra tomaron partido ante los acontecimientos que adoptaron un ropaje religioso.


Imagen:

The Royal Society. www.royalsoc.ac.uk/

royalsoc/index.html  

Corresponde a esta etapa un momento singular dentro de la actividad científica: la fundación de las Sociedades que institucionalizan la profesionalización del hombre de Ciencia, posibilitan el intercambio y divulgación de los resultados, e intentan hacer coherente y uniforme el lenguaje naciente de las ciencias. En 1662, se inicia la Sociedad Real   (Royal Society), la Academia inglesa de las Ciencias, que tendría como su presidente  a partir de 1703, durante 24 años  a sir Isaac Newton.


 

Es hacia mediados de este siglo que se crean, en los grandes polos de Europa, las primeras sociedades científicas. En 1662 abre sus puertas la famosa sociedad londinense “Royal Society”, uno de cuyos fundadores fue el más importante químico – físico del siglo, el irlandés Robert Boyle (1627 – 1691); poco después, en la próspera Florencia del Ducado de Toscana, comienza sus actividades la Academia de Cimento, actuando como su fundador el célebre físico Evangelista Torricelli (1608 – 1647); en 1666 el ministro de Economía y mecenas del arte y de las ciencias francesas Jean-Baptiste Colbert (1619 – 1683) inaugura la Academia de Ciencias de París,  y cierra el período la fundación de la Academia de Ciencias berlinesa, bajo la inspiración del pionero del cálculo, el matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716).

 

La aparición de grandes obras filosóficas en el siglo XVII,  repercuten en el camino que toman las Ciencias Naturales. En este marco es necesario destacar la obra del filósofo inglés Francis Bacon  (1561 - 1626). Bacon reclamaba para el trabajo científico la aplicación del método inductivo de investigación en lugar del viejo método deductivo en que se basaba la escolástica y defendía el experimento organizado y planificado como el procedimiento fundamental para conducir la investigación. Sus ideas tuvieron una amplia repercusión, primero en Inglaterra y luego en otros países.

 

La etapa de naciente formación en las Ciencias tal vez explique la inclinación abarcadora de los científicos de la época. Los grandes matemáticos incursionan con frecuencia en el campo filosófico, se esfuerzan por explicar los fenómenos en su totalidad, e intentan construir los instrumentos matemáticos requeridos para la formalización de los experimentos en el campo de la Mecánica.

 

La geometría analítica cartesiana, el cálculo diferencial, el cálculo de las variaciones, y la teoría matemática de la probabilidad constituyeron logros de las matemáticas que sirvieron en lo inmediato para apoyar el despegue de la Mecánica , y en el posterior desarrollo de la formalización matemática para describir las leyes de los objetos que son abordados. 

 


 

La fijación en la memoria escrita de las prioridades en los descubrimientos, los informes presentados en las recién inauguradas Academias, el afán de alimentar el debate que ofreciera la necesaria luz en los temas investigados, constituyeron fuerzas motrices para  insertar en la matriz del tiempo la publicación de las revistas científicas periódicas. El nacimiento de tales revistas tuvo como escenario histórico el Londres de la Royal Society y el París de la Academié , en fecha de 1665, portando como título “Journal des Scavans” y “Philosophical Transactions”. La última llega hasta hoy como publicación de la Royal Society en dos series. La serie A dedicada a problemas de las ciencias matemáticas, físicas y de las ingenierías y la serie B a los problemas de las ciencias biológicas. 

Imagen: http://www.ugcs.caltech.edu/~plavchan/ses158/library.htm

 


 

La monumental obra de René Descartes (1596 - 1650) nos lega la creación de la Geometría Analítica. Descartes introduce la noción de plano cartesiano y combina el Álgebra y la Geometría de manera que a partir de sus trabajos los problemas geométricos podían resolverse algebraicamente y las ecuaciones algebraicas podían ilustrarse geométricamente. Se asiste así a una de las bases del cálculo moderno.

 

Asombra pensar que ya a la altura de este siglo aparecen los primeros inventos modernos de sistemas mecánicos para efectuar cálculos aritméticos. Existen las pruebas documentales de que el matemático escocés John Neper (1550 - 1617) ya a fines del XVI proyecta diferentes sistemas mecánicos para realizar cálculos aritméticos. Pero Neper alcanza la celebridad por la publicación, apenas tres años antes de morir, de sus tablas de logaritmos que fueran muy utilizadas en los siglos siguientes. Además fue uno de los primeros en introducir la moderna notación decimal para expresar fracciones. Neper fue seguidor del movimiento de la Reforma en Escocia y años más tarde tomó parte activa en los asuntos políticos promovidos por los protestantes.

 

La invención de los logaritmos fue aprovechada por el matemático inglés William Oughtred (1574 – 1660), quién en 1632 descubrió que al disponer dos reglas juntas con las escalas logarítmicas impresas, y deslizar una regla sobre la otra podían efectuarse cálculos mecánicamente por medio de logaritmos.  La regla de cálculo fue perfeccionada por en 1671, y se convirtió con el paso del tiempo en un instrumento imprescindible para los cálculos aproximados de ingenieros y técnicos. Sólo tres siglos más tarde la calculadora electrónica lo remitió al museo de instrumentos de cálculo.

 

La teoría matemática de la probabilidad fue inicialmente desarrollada de manera conjunta por Pierre de Fermat (1601 -1665) y Blaise Pascal (1623 – 1662). Una gran resonancia tuvo la teoría de las probabilidades en el desarrollo de las estadísticas matemáticas y sociales. 

 

Cuando Pascal aún no había cumplido los 19 años, veinte años después del invento de la regla de cálculo por el matemático inglés William Oughtred, inaugura el camino de las invenciones de las máquinas calculadoras. Su máquina  podía sumar y restar  mediante un complejo mecanismo de ruedas dentadas, cada una marcada del uno al diez en su borde. Pascal debió resolver muchos problemas técnicos derivados de la moneda usada en la Francia de la época, una libra contenía 20 soles y un sol, doce dinares, de modo que con esta división de la libra en 240 unidades el mecanismo se tornaba mucho más difícil que si la división hubiera sido en 100 unidades. Sin embargo para 1652 se habían producido 50 prototipos de los cuales unos pocos se había vendido. La manufactura de la máquina de Pascal cesó este año.  Casi al finalizar el siglo XVII Leibniz diseña una máquina superior, pero aún habría que esperar un par de siglos para que se inventara la calculadora comercial electrónica.

 


La construcción del cálculo infinitesimal fue desarrollada casi simultáneamente por Leibniz y Newton hacia fines del siglo XVII. En rigor, se reconoce que el sistema de Leibniz fue publicado tres años antes que el propuesto por  Newton, y la notación adoptada universalmente fue la propuesta por el primero.  La época debió generar  tal herramienta y dos genios la construyeron. Se enfrascaron luego en una larga disputa por la prioridad y la gloria. Con el Cálculo se inicia la alta Matemática y se parte en dos la historia de esta Ciencia.

Imagen: http://www.mat.usach.cl/histmat/html/leib.html


 

En el año de 1669  Newton desarrolló el Cálculo Diferencial o método de las fluxiones y lo relaciona con el Cálculo Integral, como una herramienta matemática necesaria para armonizar sus teorías en el campo de la Física.  En rigor histórico tres años antes Leibniz  había publicado su sistema para el cálculo infinitesimal.  Pero a Leibniz se deben también importantes aportaciones en el campo de las invenciones prácticas tales como el diseño de una máquina superior a la de Pascal que multiplicaba por repetición automática de la suma y dividía por repetición de la resta, y la invención de una máquina para el cálculo de tablas trigonométricas. Leibniz, redescubre el sistema de numeración binario ideado por los chinos 3000 a .C., que posteriormente sería fundamental en el campo de la Informática.  

 

La Historia reconoce que es la Física, la ciencia que en todo este período impulsa el desarrollo de la formalización matemática para describir las leyes de los objetos que estudia, en particular el movimiento de los cuerpos bajo un enfoque dinámico. No es casual que como veremos a continuación el nacimiento del Cálculo Diferencial estuviera vinculado con necesidades del propio crecimiento de las Ciencias Físicas. 

 

Es también a partir del siglo XVII que se introduce sólidamente en las prácticas de las investigaciones el método experimental, con el cual se conducen una serie de grandes descubrimientos. El propio diseño del experimento físico impulsó el desarrollo de los instrumentos de medición.

 

El listado de los instrumentos que resultan exigencia de la época son diseñados y construidos generalmente por los propios investigadores y generan una dialéctica entre teoría y práctica que representa el apoyo o rechazo de la teoría preconcebida o significa el nacimiento de la nueva ley sustentada por la data experimental. El propio Galileo estrena su pequeño telescopio de refracción y encabeza la revolución astronómica; Hooke y Huygens se disputan el título de mejor mecánico del siglo y pretenden registrar el tiempo con la mayor exactitud posible; Torricelli inventa el barómetro y al hacerlo derriba el supuesto principio del “horror vacui”; von Guericke inventa la bomba de vacio con la que se abre un nuevo campo para la experimentación; y de nuevo Hooke que perfecciona  el microscopio y descubre un nuevo mundo, e inventa el primer higrómetro, un anemómetro, el barómetro de cuadrante, mecanismos de registros automáticos, que inauguran la meteorología como disciplina científica.

 


Siete años después de la creación del barómetro por Torricelli, el gran experimentador alemán Otto von Guericke (1602 - 1686) inventó la  bomba de vacío que aunque primitiva proporcionó una importante herramienta para la experimentación. En 1657, Guericke condujo su famosa demostración de que caballos tirando en sentidos opuestos eran incapaces de apartar dos hemisferios de una esfera en cuyo interior se había evacuado el aire.

También demostró que usando un pistón en un cilindro cuando el vacío era creado en un lado de un pistón, la atmósfera podía mover el pistón y una considerable masa a lo largo de una determinada distancia, realizando así un trabajo. Este era el principio básico de trabajo de la máquina de vapor de Newcomen que construida a principios del XVIII comenzó la transformación del mundo. Su experimento confirmó los descubrimientos de Torricelli y demostró los efectos espectaculares de las presión atmosférica.

Imagen: Experimenta Nova (ut vocantur) Magdeburgica De Vacuo Spatio, Amsterdam 1672, portada. http://www.imss.fi.it/vuoto/egueri.html


 

Históricamente la invención del telescopio óptico que impulsa una verdadera revolución astronómica se disputa entre varias personas. Todo lo que puede decirse es que la solicitud de la patente de Hans Lipershey (1570 - 1619) es el registro más temprano de un telescopio realmente existente. Lipershey  fabricante de espejuelos en la floreciente ciudad holandesa de Middelburg, es el primer inventor en solicitar la patente (1608) de un dispositivo por medio del cual todas las cosas situadas a una gran distancia pueden verse como si estuvieran cercanas.

 

La astronomía telescópica tiene en Galileo Galilei a uno de sus fundadores. En alrededor de dos meses, entre diciembre de 1609 y el enero siguiente, Galileo, auxiliado de su estrenado telescopio de refracción hizo más descubrimientos astronómicos que los que nadie había hecho nunca antes. Descubrió las lunas de Júpiter, estructuras alrededor de Saturno, estrellas de la Vía Láctea , los cráteres de la Luna , y las fases de Venus. Este último descubrimiento indicaba que este planeta gira alrededor del Sol lo que constituía una evidencia a favor de la teoría copernicana.  Sus hallazgos celestiales aparecen publicados en un pequeño libro “Mensajero Estelar” editado en mayo de 1610 en Venecia. Alrededor del descubrimiento de las lunas de Júpiter quizás se estableció la primera disputa de prioridad en el terreno astronómico. El litigio surge cuando el astrónomo germano Simon Marius, (1573-1624), quién había viajado a Praga para aprender las técnicas de Brahe, y luego asistido a la Universidad de Padua,  publicó en 1614 "El Mundo Joviano descubierto en 1609 mediante el telescopio holandés".  Allí afirma haber hecho las primeras observaciones de las lunas de Júpiter, lo que motivó en 1623 la respuesta airada de Galileo en el "Analizador" acusándole  del robo de su descubrimiento. Sin embargo Mundus Iovialis contiene otro hallazgo telescópico que no fue nunca cuestionado: el descubrimiento de la Nebulosa de Andrómeda, que por entonces no era resuelta como sistema de estrellas.


La inmensa figura de Galilei tal vez pueda resumirse para todos los tiempos por su célebre frase: " E pour si muove! " símbolo de la desesperada impotencia ante la ciega intolerancia de la Inquisición. Tenía 69 años cuando fue obligado a abjurar de su obra y se le impusiera la pena de cadena perpetua (condena que fuera conmutada por el arresto domiciliario) pero sus ideas, su pensamiento creativo, no pudieron ser  encerradas y aún publica en 1638 su última obra que resumiría los resultados sobre el movimiento y los principios de la Mecánica. En 1992, cuando se cumplían 400 años de la conferencia inaugural del joven profesor de matemáticas en la Universidad de Padua, el primer papa no italiano desde 1523, 

 Juan Pablo II (1920 - 2005), en nombre de la Iglesia Católica admitió que en el caso de Galileo se habían cometido errores por los consejeros teológicos pero no reconoció explícitamente que se cometiera un error al condenar a Galileo por el cargo de herejía por su creencia de que la Tierra rota alrededor del sol. Así declaró cerrado  el caso de Galileo.

Imagen: http://galileo.rice.edu/bio/index.html 


 

Una avalancha de descubrimientos astronómicos viene sucediendo al empleo del telescopio. El propio astro rey revela ahora un nuevo fenómeno. Aparecen manchas en su superficie y estas manchas observan un desplazamiento relativo.  En estas primeras observaciones sobre el fenómeno solar participaron notables astrónomos, amén de quién desde 1610 había revolucionado el conocimiento de la bóveda celeste. Galileo reportó la existencia de las manchas solares en su “Discurso sobre cuerpos flotantes” (1612), y más detenidamente en “Cartas sobre las manchas del sol” que aparecen en 1613.

Con fecha de junio de 1611, con antelación suficiente para su presentación en la feria otoñal del libro de Frankfurt, Johannes Fabricius (1587 – 1616), hijo del astrónomo danés  David (1564 -1617), que en 1596  había descubierto la primera estrella variable, escribió un informe sobre las manchas solares impreso en Wittenberg. Al relatar las observaciones hechas, Fabricius no ofrece las fechas de observación ni se muestra un esquema del desplazamiento de las manchas, pero se defiende la idea de que estas manchas pertenecen a la superficie solar y sus desplazamiento revelan que el sol probablemente rota sobre su eje.

 

Por uno u otro motivo las conclusiones del breve ensayo de Fabricius se eclipsan por la publicación en 1612 del brillante astrónomo alemán Christopher Scheiner (1575-1650) sobre las manchas solares en la cual ofrece una medida de la inclinación del eje de rotación de estas manchas al plano de la eclíptica que se desvía sólo en unos pocos minutos del verdadero valor. Scheiner no solo sobresale por sus aportaciones en la astronomía sino por sus inventos que cubren ámbitos tan distantes como el pantógrafo (1603) y el telescopio terrestre (1609). Pero antes que Fabricius y Scheiner, existe el registro de que ya en 1610, el físico británico Thomas Harriot (1560 - 1621) informó sobre la existencia de las manchas del sol en círculos afines aunque nunca llegó a publicarlos. Esta falta profesional acompañó la vida de Harriot, y aunque hoy se sepa que este físico había descubierto la ley de la refracción de la luz antes que lo hiciera en 1621 el profesor de la Universidad de Leiden, Willebrord van Roijen Snell (1580 – 1626),  el reconocimiento universal corresponde a este último.

 

Convencido de que al menos algunos cuerpos no giraban alrededor de la Tierra , Galileo comenzó a escribir a favor del sistema de Copérnico. En febrero de 1632, luego de 6 años de trabajo, publica su “Diálogo concerniente a los dos sistemas principales del mundo: Ptolemaico y Copernicano”. Desafortunadamente, dentro de las verdades inobjetables a favor del sistema copernicano que la obra defiende, Galileo desarrolla una errónea teoría de las mareas, que ya había sido explicada correctamente por Kepler.


Con la muerte en 1601 de Tycho Brahe, su asistente Kepler se convierte en sucesor en el cargo de Matemático Imperial, y permanece en este puesto hasta 1612. En Praga, Kepler muestra la fecundidad de quién al finalizar el pasado siglo abordara los “Misterios del Cosmos” iniciando la profundización de la teoría heliocéntrica. Orientado  al estudio de Marte, le obsesiona una discrepancia entre cálculo y observación detectada en su órbita.  La divisa kepleriana de que «el origen de las discrepancias debe hallarse en nuestras hipótesis iniciales» le conduce a rechazar la circularidad   de  la  órbita  marciana  y  la   uniformidad del movimiento planetario.   

 En 1609 Kepler anuncia en “Astronomía Nova” que el movimiento de Marte describe una elipse teniendo al sol en uno de sus focos y que los radios vectores del planeta barren en tiempos iguales áreas iguales.  El resultado concuerda con los resultados modernos tan exactamente que la comparación tiene que tener en cuenta los cambios seculares en la órbita de Marte desde la época de Kepler.

Imagen: http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/kepler.html  


 

En rigor histórico defender a Copérnico después de la obra de Kepler significaba desconocer la dinámica gravitacional y aceptar la santa circularidad de las revoluciones planetarias, pero resulta incomprensible la invisibilidad de los trabajos de Kepler ante la pupila de Galileo. Poco después de la publicación de la obra, la Inquisición prohíbe su venta y ordena a Galileo presentarse en Roma. Encontrado culpable, fue condenado a cadena perpetua, pena que en realidad fue convertida en arresto domiciliario.

Entre 1618 – 1621, Johannes Kepler (1571 -1630) concluye y publica su obra “Epitome astronomiae copernicarnae” que resume su colosal descubrimiento de las  leyes que rigen el movimiento planetario alrededor del sol. La santidad circular de las orbitas de Copérnico queda enterrada ante la evidencia kepleriana de que las orbitas planetarias describen una elipse con el sol en un foco. La segunda ley de Kepler, o regla del área, deja establecido que los planetas no giran con un movimiento circular uniforme sino que se desplazan con mayor velocidad a medida que se aproximan al sol, barren iguales áreas en igual período. La importancia de esta ley reside en sustituir el movimiento uniforme “resultante de una perfección natural” por una uniformidad física (la conservación del movimiento angular), absolutamente acorde con la observación y que abre paso hacia una nueva formalización e interpretación dinámica. La ley de la elipticidad y la ley de las áreas relacionaron el movimiento de cada planeta con el Sol, pero la ley armónica que deduce en 1619 cuando ya está en imprenta su obra “ La Armonía del Mundo” integra el movimiento de los planetas en un solo sistema. Los cuadrados de los tiempos empleados en las revoluciones de los planetas son entre sí como los cubos de sus distancias medias al Sol está anunciando el nacimiento de la fórmula de la gravitación universal.  

 

La obra del físico – matemático holandés Christian Huygens (1629 -1695) abarca varios campos de la Física del XVII, pero inicia sus trabajos en los ámbitos de la matemática y la astronomía. Alrededor de 1654, su fina capacidad como instrumentista le permite desarrollar nuevos lentes. Usando una de sus propias lentes, Huygens detectó, en 1655, la primera luna de Saturno.  El año siguiente descubrió la verdadera forma de los anillos de este planeta.

 


Jeremiah  Horrocks

La función predictiva de la ciencia astronómica  ha sorprendido en toda época a la humanidad. La predicción de los tránsitos de Venus y Mercurio a través del Sol requieren un conocimiento profundo del movimiento orbital de estos planetas interiores y esta tarea fue cumplida por Kepler a inicios del siglo XVII. Entonces predijo  un tránsito de Mercurio en  noviembre de 1631 y un tránsito de Venus un mes después, sin que la vida le alcanzara para verlos. El tránsito de Mercurio fue observado en París, justo el mismo día predicho, por el astrónomo Pierre Gassendi (1592-1655), pero la predicción

 del tránsito de Venus no pudo constatarse ya que el evento ocurrió en la madrugada cuando aún era de noche en Europa. El joven astrónomo Jeremiah Horrocks (1618 - 1641) corrigió los datos reportados por Kepler y auguró que el 4 de diciembre de 1639 sería observado desde Inglaterra un tránsito. Horrocks no sólo observó el fenómeno celeste sino que a partir de sus observaciones dedujo la distancia de la Tierra al Sol en unos 94 millones de km, la más precisa estimación hasta entonces realizada. Su obra Venus in Sole no fue publicada hasta 1662, había muerto 20 años antes, al cumplir los 23 años.

Imagen: http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/PictDisplay/Horrocks.html


En Systema Saturnium (1659), Huygens explicaba las fases y cambios en la forma del anillo y describe sus observaciones sobre la Luna , los planetas, y la nebulosa de Orión. Sus observaciones estelares le llevaron a admitir el principio de que la comparación del brillo entre dos astros serviría para determinar sus distancias relativas. Suponiendo que la estrella Sirio, la más brillante del cielo, es igual al Sol, Huygens estimó que la distancia de la Tierra a Sirio era 27 664 veces la distancia que separa al Sol de nuestro planeta. El error cometido demuestra la elevada imprecisión de su método, la distancia real es más de 20 veces mayor que la estimada por Huygens.

 

En 1668, el matemático escocés James Gregory (1638 – 1675) en su obra “Geometriae pars universales” incluye una sección dedicada a fenómenos astronómicos en la que retoma la idea de Huygens para calcular distancias cósmicas a partir del brillo relativo de los astros. Esta vez compara a Sirio con Júpiter, cuyo brillo relativo con respecto al Sol puede calcularse indirectamente a partir de la distancia y la reflectividad del planeta. El método es esencialmente correcto  y Gregory encontró que Sirio se encuentra a 83 190 unidades astronómicas (unidad astronómica: distancia de la Tierra al Sol, aproximadamente 150 millones de kilómetros), unas 7 veces menos que los 8,7 años – luz que la separan de nuestro planeta. Comenzaba el hombre a penetrar en el conocimiento por lo pronto aproximado de las distancias estelares.

 


En la segunda mitad del siglo XVI, desde el Observatorio de París, el astrónomo genovés Giovanni Cassini, (1625 - 1712) hace descubrimientos revolucionarios que fueron generalmente interpretados por él de manera conservadora.   Entre 1664 y 1666 midió el periodo de rotación sobre su eje de Júpiter y de Marte,  y observó que el primero estaba aplanado en sus polos.   Una audaz deducción devino de las  observaciones de las lunas de Júpiter en 1668, cuando afirmara que las discrepancias en los datos debían atribuirse a  que la luz tenía una velocidad finita y que el tiempo requerido para  atravesar una distancia igual al semidiámetro de la órbita de la Tierra le lleva entre diez y once minutos.

Pero su punto de vista tradicional le hizo pronto rechazar esta idea y buscar otras explicaciones. Resulta irónico que los datos de Cassini fueron usados por Römer para calcular la velocidad de la luz ocho años más tarde. En 1672, el astrónomo danés Ole Christensen Roemer (1644-1710) comenzó a trabajar en el Observatorio Real de París. Pronto Roemer orientaría su telescopio hacia la luna de Júpiter Io y al determinar el período de sus frecuentes  eclipses volvió a encontrar desviaciones en sus observaciones que relacionó con las variaciones en el tiempo que debía demorar la luz en hacer su recorrido al variar las distancias entre la Tierra y Júpiter.  Aplicando los cálculos relativamente imprecisos para las distancias entre la Tierra y Júpiter, disponibles durante el siglo XVII, Roemer fue capaz de hacer la primera estimación de la  velocidad de la luz en 220 mil km/seg.   (En la imagen: Ole Christensen Roemer. http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/roemer.html)


 

En 1634, con casi 70 años y habiendo sido juzgado como hereje dos años antes, Galileo reaborda y perfecciona las ideas no publicadas en 1590 en "De Motu" sobre los problemas relacionados con los ímpetus, momentos, y centros de gravedad y escribe sus "Discursos y demostraciones  matemáticas sobre las dos nuevas ciencias". La obra fue enviada clandestinamente a Leiden, Holanda, dónde se publica. En los "Discursos" desarrolló sus ideas sobre el plano inclinado y más tarde describe un experimento con el empleo del péndulo para verificar su postulado sobre el plano inclinado que le permite deducir el teorema sobre la aceleración de los cuerpos en caída libre. Allana así, al final de su vida, la construcción de lo que hoy todos reconocen como una parte integrante de la Física : la Mecánica.

 

No solo desarrolla el tratamiento matemático del movimiento acelerado de los cuerpos en la caída libre, sino que diseñó sus famosos experimentos de cuerpos deslizándose por planos inclinados para comprobar sus resultados matemáticos y además para obviar la dificultad que para la época significa la medición de pequeños intervalos de tiempo. Al estudiar el lanzamiento de proyectiles pudo desarrollar las ideas sobre la inercia. También pudo enunciar su famoso principio de relatividad del movimiento, relacionado con la imposibilidad de distinguir si un cuerpo está en reposo o en movimiento rectilíneo y uniforme con experimentos realizados desde el propio cuerpo. Más tarde, con los trabajos de Newton se confirmaron y perfilaron estas ideas sobre el principio de relatividad galileano y solo con los trabajos de Einstein, en la Teoría de la Relatividad, se comprendió que este principio es limitado al caso de las pequeñas velocidades de los cuerpos.

 

En forma totalizadora puede afirmarse que aunque no vinculó sus estudios de la mecánica de los cuerpos en la Tierra con sus ideas sobre el movimiento de los cuerpos celestes, sus investigaciones pulverizan las ideas aristotélicas sobre el movimiento y demuestran la importancia de introducir el método matemático – experimental en las Ciencias Físicas.

 

Hacia 1641, Evangelista Torricelli (1608 – 1647), quién actúo como asistente de  Galileo en los último diez meses de la vida del pisano, había completado buena parte del trabajo que iba a publicar como Ópera Geométrica en 1644. En la segunda de las tres secciones de este libro bajo el título de "De motu gravium" Torricelli profundiza en el estudio de Galileo sobre el movimiento de proyectiles desarrollando la teoría que describe la trayectoria parabólica de un proyectil lanzado a cualquier ángulo y ofreciendo tablas numéricas para ayudar a los tiradores a encontrar la correcta elevación de sus armas para el alcance del blanco.

 


De la correspondencia sostenida en 1632 por el joven asistente Evangelista Torricelli (1608 – 1647) con Galileo queda claro que  se sentía fascinado por la astronomía. Pero después del juicio seguido contra su maestro entendió que iba a transitar un camino peligroso y decidió orientar sus estudios hacia otros problemas menos controvertidos. A juzgar por los resultados de su reorientación no perdió la ciencia nuevas contribuciones:   el Teorema de Torricelli se considera la página fundacional de la Hidrodinámica y en 1643 fue la primera persona en crear un vacío sostenido y descubrir el principio del barómetro.

En 1647 Torricelli contrajo la fiebre tifoidea y a los pocos días murió a la edad de 39 años cuando solo había publicado su ópera prima. Imagen: www.mat.usach.cl/histmat/html/desc.html


En esta obra también demuestra que el flujo de un líquido a través de un orificio es proporcional a la raíz cuadrada de la altura del líquido, resultado ahora conocido como el teorema de Torricelli. Esta fue una de las sobresalientes aportaciones de Torricelli a la Hidrodinámica por lo cual ha recibido el título de "padre" de esta disciplina. Además fue la primera persona en crear un vacio sostenido y descubrir el principio del barómetro.  En 1643 propuso un experimento más tarde conducido por su colega Vincenzo Viviani (1622- 1703) que demostró que la presión atmosférica determina la altura a la cual un fluido se elevará en un tubo invertido sobre el mismo líquido. 

 

El repertorio de nuevas ideas desarrollado por Copérnico, Kepler y Galilei representa el principal arsenal con que cuenta Isaac Newton (1642 – 1727) para su trabajo de axiomatización de la Mecánica. Pero alrededor de la segunda mitad del siglo y aún paralelamente con el trabajo de Newton se vienen produciendo progresos notables en la expansión del conocimiento acerca del movimiento de los cuerpos.

 

Por esta época, la Real Sociedad londinense había incluido en su agenda como un tema de investigación, la colisión de los cuerpos elásticos. A esta convocatoria responderían en 1668 con informes o publicaciones de forma independiente John Wallis (1616 - 1703), Christopher Wren (1632 – 1723) y  Huygens. El fruto de estos trabajos apunta al descubrimiento de la primera ley de conservación. En particular Huygens demuestra experimentalmente que el momento de una dirección fija antes de la colisión de dos cuerpos es igual al momento en esa dirección tras la colisión.

 

En el Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum (1673), Huygens describió el primer sistema dinámico jamás estudiado – el péndulo compuesto. Con el tratamiento de Huygens de los fenómenos de impacto, el movimiento circular uniforme y el movimiento del péndulo fueron clarificados los conceptos primarios de la Física , la masa, el peso, el momento, la fuerza y el trabajo.

 

Como una derivación de la ley de la fuerza centrípeta para el movimiento circular uniforme, Huygens comparte con Hooke, Edmund Halley (1656 – 1742) y Wren la formulación de la ley del cuadrado inverso para la atracción gravitatoria. Halley había mostrado que la tercera ley de Kepler implicaba la ley de atracción del inverso del cuadrado y presentó sus resultados en una reunión en la Royal Society en 1684. La discusión sostenida entre Wren, Hooke y Halley en 1684 durante la presentación del informe de Halley en la Sociedad Real no llegó a demostrar que la ley del inverso del cuadrado implicara órbitas elípticas para los planetas. Halley no dudó en consultar a Newton en Cambridge y allí comprobó que Newton había logrado una solución para este problema, así como otros resultados significativos que no tenía intención de publicar.

 


 

A poco de la muerte de Torricelli, en 1647 Pascal publicaba “Nuevos experimentos concernientes al vacío” que provocó la duda de numerosos científicos de la época. Descartes escribió a Huygens “tiene demasiado vacío en la cabeza”. Pero Pascal continuó sus observaciones que le permitieron descubrir que la presión atmosférica decrece con la altura y le hizo suponer que por encima de la atmósfera existe el vacío. En otro ámbito que lo hermana con Torricelli en  el  estudio  de la  Mecánica  de  los Fluidos escribe en 1653 su “Tratado sobre el equilibrio de los líquidos”, en la cual explica la ley de Pascal.

 Este tratado representa una descripción total de un sistema de hidrostática, el primero en la historia de la ciencia.  Imagen: www.mat.usach.cl/histmat /html/pasc.html


 

Ya en medio de la epidemia de la peste de 1665, que condujo a la clausura de la Universidad de Cambridge, apenas con  23 años, Newton comprendió que la fuerza responsable de la caída de la manzana era la misma que obligaba a la Luna a girar alrededor de la Tierra : la gravitación universal. Alrededor de 1666 Newton tenía versiones tempranas de sus tres leyes de movimiento. Había descubierto también la ley que daba la fuerza centrífuga de un cuerpo que se movía uniformemente en una trayectoria circular. Sin embargo, no tenía una correcta comprensión de la mecánica del movimiento circular. La nueva idea de Newton de 1666 fue imaginar que la gravedad de la Tierra influenciaba a la Luna , contrarrestando su fuerza centrífuga. A partir de su ley de la fuerza centrífuga y de la tercera ley del movimiento planetario de Kepler, Newton dedujo la ley del cuadrado inverso. Pero estos progresos permanecían sin publicar hacia 1686,  cuando Halley convenció a Newton de la necesidad de publicar un tratado completo de su nueva física y su aplicación a la astronomía. Un año después salían de la imprenta sus Philosophiae naturalis principia matemática.

 

La resonancia alcanzada por sus Principia no ha sido igualada por ningún otro libro científico. Newton analizó el movimiento de los cuerpos en medios resistentes y no resistentes bajo la acción de fuerzas centrípetas. Los resultados fueron aplicados a los cuerpos en órbita, proyectiles, péndulos, y a la caída libre cerca de la Tierra. Además demostró que los planetas eran atraídos hacia el Sol por una fuerza que varía con el cuadrado inverso de la distancia y generalizó que todos los cuerpos celestes se atraen mutuamente unos a otros.

 

Una generalización posterior condujo a Newton a la ley de la gravitación universal “... toda la materia atrae a toda la otra materia con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos”.


La capacidad de su teoría de integrar una amplia variedad de fenómenos  tales como las órbitas excéntricas de los cometas, las mareas y sus variaciones, la precesión del eje de la Tierra , y la perturbación del movimiento de la Luna por la gravedad del Sol,  convertiría con el tiempo a Newton en una leyenda de las ciencias.

 


Los historiadores coinciden que si no fuera por Halley probablemente la obra de Newton “Principia Matemática” no hubiera existido. Se reconoce en Halley la devoción que muestra por la obra de su colega, que le aparta de su propio trabajo, y asume los gastos de impresión. Esta misión la asume cuando a la muerte de su padre se vio envuelto en asuntos legales, familiares y de propiedad que exigían de su atención. Desde 1695 Halley emprendió un cuidadoso  estudio de la  orbita de los cometas.

Se atrevió a rechazar el criterio de Newton sobre el carácter parabólico de las órbitas de los cometas proponiendo que podían describir órbitas elípticas. Utilizando su teoría, calculó que el cometa de 1682 (ahora llamado cometa

 Halley) era periódico y era el mismo objeto que el cometa de 1531 y 1607. En 1705 publicó la predicción de que volvería en 76 años, indicando que aparecería en diciembre de 1758. Con cierto retraso, se haría observable la trayectoria del cometa, quince años después de la muerte de Halley.

Imagen: http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/halley.html  


Sin embargo en su época sus teorías no fueron universalmente reconocidas y no pocos  científicos rechazaban la idea de la acción a distancia y continuaban creyendo en la teoría del vórtice de Descartes en la que las fuerzas funcionan a través del contacto. Para el propio Newton esta concepción sólo fue admitida como una necesidad resultante de la observación. La  idea sobre los campos físicos, ejemplo de los cuales es el campo gravitatorio, y de su carácter objetivo, no había sido aún desarrollada.

 

En particular, en el primer libro “El movimiento de los cuerpos” estudia los casos de las llamadas fuerzas centrales del tipo de dependencia con el inverso del cuadrado de la distancia, y la ley de las áreas, enunciada por Kepler, que le permitió establecer su Teoría de la Gravitación Universal y que llevó a las ideas sobre las propiedades inerciales y gravitacionales de los cuerpos medidas a través de las masas. En este primer libro también se trata el caso de los movimientos ascendentes y descendentes de los cuerpos y la teoría sobre el movimiento pendular. Concluye el libro con el estudio del movimiento de los cuerpos pequeños y con la explicación de las leyes de la reflexión y refracción de la luz considerando el rayo luminoso como un haz de pequeñas partículas.

 

En el segundo libro “Movimiento de los cuerpos en medios resistentes” analiza el caso de las fuerzas viscosas dependientes funcionalmente de varias formas con la rapidez del movimiento de los cuerpos en dichos medios. También incluye la Hidrostática y la Dinámica de los Fluidos, las ondas en medios elásticos y el estudio de los vórtices en fluidos.

 

En el tercer libro “El sistema del mundo” presenta sus cuatro reglas para el “razonamiento filosófico” que son:

 

1.  “No se deben admitir otras causas que las necesarias para explicar los fenómenos.”

2.  “Los efectos del mismo género deben siempre ser atribuidos, en la medida que sea posible, a la misma causa.”

3.  “Las cualidades de los cuerpos que no sean susceptibles de aumento ni disminución y que pertenecen a todos los cuerpos sobre los que se pueden hacer experimentos, deben ser miradas como pertenecientes a todos los cuerpos en general.”

4.  "En la filosofía experimental, las proposiciones sacadas por inducción de los fenómenos deben ser miradas, a pesar de las hipótesis contrarias, como exactas o aproximadamente verdaderas, hasta que algunos otros fenómenos las confirmen enteramente o hagan ver que están sujetas a excepciones.”  

 


Newton, el genio, fue una personalidad inestable que mostró un enfermizo recelo a la crítica que podrían recibir sus trabajos, motivo por el cual se retrasaba en publicar sus resultados. Ya con 45 años desde su cátedra universitaria se opuso a los designios del Rey Jacobo II  por convertir Cambridge en una institución católica. Esta posición le brindó relaciones con los dirigentes del régimen que sucedió a la Revolución Gloriosa de 1688, y ocupó durante los últimos 24 años de su vida la presidencia de la Royal Society.  

Sin embargo desde 1693, tras sufrir una segunda depresión nerviosa, Newton se retiró de la investigación  y solo intervino en la larga controversia con Leibnitz por la paternidad del cálculo infinitesimal. 

 Imagen:  http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Gallery/Gallery1.html


 

Estas reglas tienen un incalculable valor epistemológico para la Ciencia. Las dos primeras están relacionadas con el método de la modelación,  que consiste en esencia en la acumulación de datos de la observación de un conjunto de fenómenos y al extraer lo esencial de ellos, proponer un modelo físico – matemático de esos fenómenos y de los sistemas donde ellos se producen y luego pasar al experimento, diseñado al efecto, para comprobar la validez del modelo.

 

De otro lado, estas dos primeras reglas expresan el pensamiento newtoniano sobre la relación causa – efecto penetrado por el enfoque determinista emanado de su propia descripción de la Mecánica , pero sin dudas, y la Ciencia lo ha demostrado plenamente, son válidas estas ideas para los casos de los sistemas macroscópicos. La tercera regla avanza un método para la generalización de las conclusiones científicas, lo que ha sido un poderoso instrumento en manos de la Ciencia.

 

Por último, la cuarta regla hace referencia a la objetividad del conocimiento si este es levantado sobre una sólida base experimental y a la vez permite la adecuada combinación entre el carácter absoluto de ese conocimiento en un momento histórico determinado y su carácter relativo en el decursar del tiempo, fertilizando  la idea de lo que más tarde se conoció como el Principio de Correspondencia, que invalida la concepción del relativismo a ultranza. 

 

La obra de Newton se destaca por haber erigido la Mecánica sobre la base de tres leyes básicas, capaces de resolver todos los casos de movimientos de cuerpos (macroscópicos) referidos a un sistema inercial de referencia. Para tener una idea del grado de validez de este núcleo teórico, para el caso macroscópico de bajas velocidades, bastará con saber que el diseño, control y corrección de las órbitas de los satélites terrestres y las naves cósmicas que el hombre utiliza en la actualidad, son realizados enteramente con arreglo a las predicciones de estas tres leyes.

 


Robert Hooke (1635 – 1702), asistente de Boyle en Oxford, y primer director de experimentación de la Real Sociedad de Londres libró encendidas polémicas con Newton y con Huygens. Reclamó la prioridad y acusó de robo de sus ideas a Newton al publicar en 1672 su teoría de la luz, y reaccionó de igual manera al publicarse la primera edición de los Principia desatando una disputa sobre la paternidad de la ley de las fuerzas del cuadrado inverso. Newton respondió indignado eliminando toda referencia a Hooke en sus trabajos. Los historiadores han reconocido que en todo caso Hooke no supo convertir en teorías comprehensivas sus ideas originales. 

En la década del 60 construyó un microscopio perfeccionado con lámpara y

 condensador gracias al cual fue el primero en descubrir la existencia de células en tejidos vegetales que reporta ya en 1665 en una de las obras magistrales del siglo XVII,  Micrographia. En 1660 había descubierto un caso de la ley de Hooke mientras trabajaba en los diseños de muelles de balance de relojes. Sin embargo Hooke sólo anunció la ley general de elasticidad en su conferencia "De Resortes" dada en 1678. Imagen: www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/earlyobs/micrographia.jpg


 

La principal crítica a las ideas newtonianas se relaciona con su concepción del espacio y el tiempo como receptáculos vacíos en los cuales se mueven los cuerpos. Pero se necesitaron 218 años para que Einstein pusiera en la palestra sus ideas sobre el carácter relativo de estas formas de existencia de la materia con su Teoría de la Relatividad Especial y luego con la Teoría General de la Relatividad que le permitiría actualizar las concepciones sobre la gravitación universal.

 

No dejan de tener interés las ideas de Newton acerca de la naturaleza de la luz. Su explicación de las leyes de la reflexión y refracción de la luz considerando el haz luminoso como un haz de pequeñas partículas, encontró la contraposición de otros investigadores. Este debate estuvo precedido por un grupo de descubrimientos que serán brevemente considerados.

 

Según Newton, el primer desarrollo sugerente de la teoría del arco iris se debió al veneciano Marco Antonio de Dominis (1566- 1624). Dominis en 1611 publica en Venecia, un trabajo científico titulado: "Tractatus de radiis visus et lucis in vitris, perspectivis et iride",  en el cual admite que en cada gota de lluvia la luz sufre dos refracciones y una reflexión intermedia. El reconocimiento a este descubrimiento es atribuido más generalmente a Descartes.   Dominis, personalidad contradictoria formada en las Universidades de Padua y  Brescia  escribió a  su salida de la Sociedad de Jesús,  virulentos ataques a las autoridades de Roma. Luego de largos años de acusaciones y de perdones finalmente la Inquisición lo declara hereje y lo confina en el Castillo de San Angelo, donde muere. Su proceso continúa después de su muerte y a los pocos meses es ratificada su herejía, quemados sus restos y sus obras.  

 

Como fue deslizado anteriormente, entre las conquistas en el campo de la óptica de este siglo se encuentra el descubrimiento en 1621 de la ley de la refracción de la luz. Snell encontró una relación característica entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción. La ley demuestra que cada sustancia tiene una relación de desviación específica, el índice de refracción. A un mayor ángulo de refracción corresponde un mayor índice de refracción para una sustancia específica. Al morir en 1626, a la temprana edad de 46 años en Leiden, no podía imaginar que unos setenta años después se reconocería su descubrimiento y este hecho haría ingresar su nombre en los libros de óptica de cualquier fecha posterior. Pero ya Snell en 1617, al publicar “Eratosthenes Batavus”, describía la metodología de la triangulación para medir la Tierra con lo cual tejía las bases de la geodesia moderna.

 


Cuando en 1658 el célebre físico danés Christian Huygens (1629 -1695) publica los principios para la construcción de un reloj de péndulo la relojería comenzó a perfeccionarse y la variable tiempo es atrapada por el hombre con mayor precisión. Gracias a la obra de Huygens en el terreno de la Mecánica fueron clarificados los conceptos primarios de la Física, como la masa, el peso, el momento, la fuerza y el trabajo.

En Inglaterra Huygens participó en sesiones de la Real Sociedad donde conoció

 a Newton, y otros grandes de la Mecánica pero se ignora qué discusiones hubo entre ellos. Existen los testimonios que atestiguan  la admiración  que profesó hacia Newton pero se sabe que calificó de absurda la teoría de la gravitación en el sentido de considerar la acción a distancia de las fuerzas. Por otra parte Huygens desarrolló la óptica ondulatoria como modelo opuesto a la teoría corpuscular desarrollada por Newton. Imagen: www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/history/PictDisplay/Huygens.html


 

Se ha afirmado que la obra del profesor jesuita Francesco M. Grimaldi (1613 - 1653)  atrajo a Newton al campo de la óptica.  En 1666 aparece publicada la obra “Física-matemática de la Luz” en la cual se sugiere la naturaleza ondulatoria de la luz  y se formula  las bases geométricas para una teoría ondulatoria de la luz. Grimaldi se considera el descubridor de la difracción de la luz, fenómeno al cual le dio su nombre: división en fracciones. Ofrece con su estudio las bases para la posterior invención de la red de difracción, tarea conducida a principios del siglo XIX, por el óptico alemán Joseph von Fraunhofer que impulsó el nacimiento de la espectroscopia.  A Grimaldi corresponde también el mérito de ser el primero en nombrar los accidentes visibles de la luna en 1651.  Con  Giovanni Batista Riccioli  (1598 - 1671) compuso un muy preciso selenógrafo, publicado en la obra de Riccioli  "Almagestum Novum",  la mejor descripción de la superficie lunar construida por el hombre hasta esa época. 

 

En 1669 el profesor de la Escuela de Medicina de la Universidad de Copenhague Erasmus Bartholin (1625 -1698) descubre el “insólito” fenómeno de la polarización de la luz al atravesar un cristal de espato de Islandia. En su “Experimenta crystalli Islandici disdiaclastici quibus mira & insolita refractio detegitur”  Bartholin describe la geometría de los cristales y la doble refracción que experimenta la luz a su paso.   Durante sus experimentos observó que cuando los cristales del espato de Islandia son rotados sobre sus ejes, uno de las dos imágenes se mueve en un círculo alrededor de la otra, lo que constituye una fuerte evidencia de que los cristales dividen la luz en dos diferentes rayos. Bartholin creía que el cristal tenía dos conjuntos de poros por donde el rayo de luz se dividía y se propagaba. Es también reconocido por su trabajo en la medicina en particular por la introducción de la quinina en la lucha contra la malaria.

 

En 1676  Huygens regresó a la Haya y se afirma que entonces se sintió atraído por el estudio de la obra de Bartholin y el fenómeno de la doble polarización. También por entonces conoció de los trabajos de Römer que daban una velocidad aproximada para la luz determinada por la observación de las lunas de Júpiter, lo que confirmaba sus tesis de la finitud de la velocidad de la luz. Dos años más tarde publica en París su  Traité de la lumiere, en el cual considera  la   luz   como   la  propagación   de   un    movimiento ondulatorio en un medio sutil, el éter que llena todo el espacio y a partir de estos supuestos explica con éxito las leyes de la óptica geométrica. Huygens constató que una esfera de luz en expansión se comporta como si cada punto en el frente de onda fuera una nueva fuente de radiación de la misma frecuencia y fase. Al concebir la luz como ondas mecánicas, explica diferentes fenómenos ópticos entre los que se incluye la polarización de la luz.

 


Fermat no compartió con Descartes sus puntos de vista sobre óptica, publicados en "Dioptrica" como un apéndice a su Discurso del Método (1637).   A partir de la hipótesis de que  la luz viaja más rápidamente en el más denso  de los 2 medios involucrados, Descartes deduce la ley de refracción.   Muchos años después Fermat encontró la hipótesis cartesiana contradictoria con el principio  aristotélico de que en la naturaleza, el camino más corto se toma siempre. Con esta idea en la mente y a través del uso de su método para determinar mínimos y máximos, Fermat estableció en 1658 lo que  normalmente  se  describe  como el principio del

tiempo mínimo. De esta máxima  pueden deducirse la ley de refracción y la ley de reflexión de la luz.

Imagen: http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/fermat.html  


 

Los estudios sobre la electricidad en este siglo encontraron, a  29 años de la publicación de “De Magnete”,  una relativa continuidad con los trabajos del jesuita italiano Niccolo Cabeo (1596 – 1650).  En su obra “Philosophia magnetica” publicado en 1629, se describen  observaciones de que los cuerpos cargados eléctricamente podían atraer a objetos no electrificados y también notó que dos objetos cargados se repelen. Estos efectos eléctricos se atribuyeron a la liberación por el cuerpo electrificado por frotamiento de un efluvio que desplaza al aire alrededor del objeto ligero provocando su aproximación.   La repulsión no es vista como una nueva fuerza creada sino simplemente como la reocupación del aire original del espacio entre los cuerpos que separa al objeto ligero. La comprobación experimental de estas hipótesis debió esperar por mecanismos de creación de un vacío relativo. Y esto sólo ocurrió cuando el grupo de Oxford investigaba diversos fenómenos con el vacío creado por la bomba de Hooke.

 

La publicación de Robert Boyle en 1675 “Experiments and Notes about the Mechanical Origine or Production of Electricity” da cuenta de que los fenómenos eléctricos eran igualmente observables en sistemas a presiones reducidas y rechazó así el efecto puramente mecánico del efluvio eléctrico de Cabeo.

 

Pero por los tiempos que Boyle investigaba estos efectos, precisamente el ya mencionado inventor de la bomba de vacío Otto von Guericke no solo construyó la primera máquina que producía electricidad por fricción en 1672 sino que descubrió la atracción y la repulsión eléctrica. Su máquina eléctrica consistió en una esfera de azufre montada sobre un eje de hierro que en cierto modo imitaba la rotación de la Tierra. Cuando esta esfera se rotaba y frotaba con la mano manifestaba reacciones eléctricas, es decir,  toda suerte de pequeños fragmentos, como hojas de papel, oro o plata, se veían atraídos por el globo de azufre. Esta acción se observaba también con gotas de agua o el humo que pasaran cerca de la esfera. Von Guericke, a diferencia de Cabeo   reconoció la repulsión como “una virtud expulsiva”.  Y estuvo a punto de describir la descarga eléctrica de los cuerpos cargados por contacto con algún otro objeto,  al apreciar que cuando esto ocurre el objeto se siente re-atraído por el cuerpo electrificado.  Sus experimentos con el globo de azufre y una pluma revelan que una conexión existe entre la virtud expulsiva y el aire caliente procedente de una vela, pues al pasar la pluma a unas pulgadas del foco caliente la conducta de la pluma cambia súbitamente y vuela hacia el globo en “búsqueda de protección”, como si la virtud expulsiva fuera disipada.

 

En la última década del siglo el astrónomo inglés Edmund Halley  sugiere que la Tierra consiste de esferas dentro de esferas cada una de las cuales rota lentamente con respecto a la otra y es independientemente magnetizada. Era un primer intento de explicar por qué la declinación magnética varía con el tiempo.

 


Hasta la invención de la maquina de producir electricidad por fricción de Von Guericke nadie había observado la transferencia de electricidad de un cuerpo a otro.  Sus experimentos demostraron que conectando a un globo de azufre electrificado un hilo de lino se ejerce su virtud eléctrica atractiva sobre un cuerpo. Ademá Guericke reporta que la bola de azufre en la oscuridad cuando era enérgicamente frotada se hacía luminosa.

Da la impresión de que el propio Guericke no aprecia la trascendencia de sus descubrimientos, al no continuar profundizando sobre estos hechos y desviar su atención hacia otros campos de la investigación.


 

En el otro extremo de la cuerda, en el ámbito de la Biología, los métodos cuantitativos y experimentales de la Mecánica no dejarían de tener una notable resonancia. No sorprende que fueran Padua y Bolonia los escenarios desde donde se iniciara este movimiento como tampoco que fuera la Medicina la disciplina escogida por la historia para producir esta nueva orientación.

 

Desde el siglo XVI, la Universidad de Padua representaba uno de los centros promotores de la revolución anatómica que encuentra en  Fabrici el fundador de la embriología científica y de cuyas observaciones de las venas emerge la obra “De venarum ostiolis” (1603) con representaciones sistemáticas y precisas sobre las válvulas venosas.

 

Un  año antes de la publicación de la obra de Fabrici se doctoraba en Padua, luego de cinco años de estudios, un joven médico inglés, graduado en Cambridge, de nombre William Harvey (1578-1657). Harvey en las próximas décadas demostraría que la función del corazón en el cuerpo humano es bombear la sangre a través de un torrente circulatorio que cumple una trayectoria circular. Se abría paso una Revolución en la Fisiología que se apartaba de los designios sobrenaturales atribuidos a los procesos vitales y en particular al corazón.

 

En la región fronteriza entre la Física y la Química se van dando los primeros pasos hacia una comprensión de la naturaleza del calor y la máxima galileana de “medir todo lo que es mesurable y pretender hacer mesurable lo que por ahora no lo es” va penetrando el pensamiento y la acción de los que investigan en este campo.   

 

El renacimiento de la atomística antigua se ve impulsado por el filósofo y matemático francés referido arriba, Descartes, quien penetra diversos campos del conocimiento en el siglo XVII. De manera hipotética Descartes planteó la singular idea de que las propiedades de las sustancias dependían de  la forma que adoptaban sus partículas constituyentes. Así el agua debía presentar como corpúsculos elementales partículas largas, lisas y resbaladizas;  partículas puntiagudas debían formar las sales; pesadas y redondas debían ser las del mercurio. Puede considerarse a Descartes el iniciador de la Estereoquímica o Química Espacial, pero sus ideas no podrían tener un ulterior desarrollo en esta época. Debía antes desarrollarse la Mecánica de Newton, para que Dalton, a inicios del XIX, pudiera  atribuir a la masa, la propiedad fundamental de los átomos.

 


Correspondió a Santoro Santorio (1561-1635), en la Universidad de Padua, ser el primero en inscribir en la Medicina el precepto del padre de la nueva Mecánica el pisano Galilei, “medir todo lo que sea medible” cuando  introduce en la práctica médica instrumentos de medición como la primera versión del medidor del pulso (pulsilogium) sobre la base de la longitud del péndulo que se hacia isocrónico con las pulsaciones cardíacas, o versiones apropiadas del termoscopio galileano para la medición de la temperatura de los pacientes en la mano, la boca o en el aire exhalado.

Imagen: www.kp.sik.si/1027.jpg


 

Pero no es Descartes un exponente único de esta línea de pensamiento,  incluso antes el químico holandés Daniel Sennert (1572-1637), defendía la existencia de partículas elementales a las cuales llamó mínimas e intentó interpretar diferentes transformaciones físico- químicas como las condensaciones y destilaciones a partir de las mínimas. Su contemporáneo Joachim Jungius, (1587-1657) consideraba igualmente que numerosas transformaciones implicaba el cambio de los átomos y poco después el autodidacta italiano de Química y Medicina, Angelo Sala (1576 –1637) atribuye a los corpúsculos función esencial en las transformaciones, considerando la fermentación como una reagrupación de partículas elementales que conducía a la formación de nuevas sustancias.

 

Anteriormente Galilei había inventado el termoscopio (1592), instrumento simple e inexacto pero con el cual había dado nacimiento a la termometría y por consiguiente a la termodinámica. Fueron precisamente sus discípulos, los académicos florentinos los que convierten el instrumento de Galileo en el termómetro de líquido llenado al principio con agua, luego con alcohol y por fin, ya en el siguiente siglo con mercurio. Ellos descubrieron que la lectura dada por un termómetro para la temperatura de mezclas de agua y hielo es siempre la misma. La práctica demostraba que existían estados con temperaturas constantes, pero el desarrollo de una escala termométrica debió esperar por los trabajos del discípulo del gran químico holandés Hermann Boerhaave, el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) en las primeras décadas del XVIII.

 


En 1628 el médico inglés William Harvey (1578-1657), 26 años después de doctorarse en Padua, publica “De motus cordis”, donde concluye que tanto en el hombre como en los animales la sangre es mantenida en un circuito con un tipo de movimiento circular incesante, y que ésta es una actividad o función del corazón que lleva a cabo por medio de su pulsación, y que en suma constituye la única razón para ese movimiento pulsátil del corazón.   Se abría paso una Revolución en la Fisiología que se  apartaba  de  los  designios  sobrenaturales  atribuidos  a  los

 procesos vitales y en particular al corazón. Imagen: www.homeoint.org/morrell/articles/esoteric.htm


El fisiólogo italiano Marcello Malphigi (1628-1694) introduce el microscopio de Hooke para realizar observaciones de los tejidos y ello le permite, al tiempo que inaugura la Anatomía Microscópica , descubrir la red de capilares pulmonares que conectan las venas con las arterias, y que vienen a explicar el vacío dejado por Harvey en la explicación del ciclo circulatorio. No es Malpighi un representante aislado de los cambios generados por la matriz de la época, a partir de ahora los planteamientos y soluciones de los problemas de esta disciplina se apoyan cada vez más en los logros de la Mecánica de la

Física y de la Química apartándose de explicaciones basadas en tendencias esenciales o en designios sobrenaturales. Imagen: http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/malpighi.html


 

La hipótesis de que el calor está asociado al movimiento interno de las partículas diminutas constituyentes de los cuerpos nos viene del filósofo inglés Francis Bacon (1561 – 1626), que arriba a la misma basándose en la observación común de que el martilleo sobre una lámina de metal produce su calentamiento. Otra suposición engendrada a principios de siglo (1613) era defendida por Galilei al considerar el calor como sustancia, cuerpo o fluido termógeno que no se produce ni se elimina, solo se redistribuye entre los cuerpos. Anteriormente Galilei había inventado el termoscopio (1592), instrumento simple e inexacto pero con el cual había dado nacimiento a la termometría y por consiguiente a la termodinámica.

 

Asombra que un anatomista como Franciscus Sylvius (1614 –1672) haya abordado la investigación del calor liberado cuando se mezcla un ácido con alambres de hierro dando los primeros pasos de la termoquímica desarrollada en el siguiente siglo por el británico Joseph Black (1728 – 1799), convirtiéndose así en uno de los fundadores de la tradición forjada en la Universidad de Leiden.  Su magisterio se exalta con la labor de mentor de Burchard de Volder (1643-1709), un entusiasta seguidor de Boyle que fundó el primer laboratorio de Física de Leiden y que influye notablemente en el célebre profesor  holandés, Hermann Boerhaave (1668-1738).

 

En la línea de medir los cambios en la masa newtoniana durante las reacciones químicas aparece un personaje que es para muchos el más auténtico protagonista del período de transición de la alquimia hacia la química, el médico, y químico-físico flamenco Johannes Baptiste van Helmont (1577 –1644).

 

Este afán por introducir la balanza, adelantándose casi un siglo a las prácticas de la experimentación cuantitativa de la Escuela Francesa liderada por Lavoisier, que debía conducir más tarde o más temprano a los fundamentos de la ley de conservación de la masa, se refleja también en la actividad del francés Jean Rey (1583-1645). Van Helmont y Rey “rozaron” la fomulación de la ley de conservación la masa enunciada más de un siglo después por el químico ruso Mijaíl Vasílievich Lomonósov (1711-1765).

 


Un personaje que es para muchos el más auténtico protagonista del período de transición de la alquimia hacia la química, el médico, y químico-físico flamenco Johannes Baptiste van Helmont (1577 –1644)  se destaca por su apasionada defensa de que el estudio de la naturaleza debía conducirse por los naturalistas y no por los sacerdotes. La célebre Universidad de Lovaina (fundada en 1425) donde recibió su enciclopédica formación consideró sus ideas como herejía y presentó la correspondiente acusación ante la Santa Inquisición. Condenado a tres años de prisión, luego de ser liberado sufre un  régimen de arresto domiciliario y la prohibición de publicar sus trabajos sin previa autorización de la Iglesia. Imagen: mattson.creighton.edu/History_Gas_Chemistry/van%20Helmont


 

En la obra del químico-físico irlandés Robert Boyle (1627 – 1691) “Origen de formas y características según la filosofía corpuscular” publicada en 1666, el autor desarrolla el atomismo de sus predecesores y postula la existencia de partículas de materia primaria que se combinan de diversas maneras para formar lo que él llamó corpúsculos, de cuyo movimiento y estructura se derivaban todos los fenómenos observables.

 

La actuación como figura central del llamado grupo de Oxford integrado además por    Hooke y el médico y fisiologo inglés John Mayow (1641-1679) alienta el objetivo de descifrar  el papel del aire en fenómenos aparentemente distantes como la combustión de materias orgánicas, la oxidación de metales, y la respiración. Corre el 1665 cuando demuestra empleando una bomba de vacio que una vela no arde en el vacio y los animales no pueden vivir sin el aire, lo que traducido al pensamiento teórico origina el criterio de que la respiracion y la combustion son dos fenómenos similares. Hooke, compartía las ideas básicas de su mentor y en su obra “Micrographia”, publicada en 1665 consideraba el aire como una mezcla de partículas diferentes entra las cuales hay un tipo responsable de la combustión y otra clase que no se alteraba durante las reacciones químicas y daba cuenta de la elasticidad observada.  Por su parte Mayow  suma nuevas evidencias, perfeccionando las experiencias neumáticas de Boyle, de que el aire es una mezcla de componentes y que en la respiración al igual que en la combustión sólo participa una parte de él.

 


El profesor pisano Giovanni Borelli  (1608-1679) se dedicó a preservar y hacer avanzar la tradición galileana en el ámbito de la fisiología. Borelli es particularmente recordado por sus investigaciones microscópicas de las células de los globulos rojos y sus observaciones precisas de la regularidad en el movimiento de las estomas en las plantas. Su más famoso trabajo,  “Sobre el movimiento de los animales”,  que no llega a ver publicado, sale de   imprenta  en  dos partes  entre 1680 y 1681, y  en  esta  obra expone sus  estudios fisiológicos basados en sólidos principios mecánicos que incluye el análisis del

movimiento de los músculos, una ilustración matemática del salto y la carrera, y una explicación que anticipa las causas  de la fatiga muscular y  del dolor.   Se considera el  padre de la biomecánica.

Imagen: http://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/borelli.html


Aunque la más conocida contribución del químico-físico irlandés Robert Boyle (1627 – 1691) a las ciencias, sea la llamada ley de Boyle – Mariotte,  ley de compresibilidad de los gases, publicada en 1662 en la segunda edición de su obra “Elasticidad y peso del aire” y descubierta de manera independiente y hacia la misma fecha por el físico francés Edme Mariotte (1620-1684),  lo cierto es Boyle representa lo más avanzado en el pensamiento químico de la época.  En el balance del XVII hay que reconocer que Boyle fue una de las figuras centrales en el proceso de  demolición  del  entramado  alquimista,  en  el

conocimiento de las relaciones entre las sustancias, en el fortalecimiento de la práctica de introducir la balanza en el examen de los fenómenos químicos, y en la reevaluación del papel de los aires a la luz de su participación en los importantes procesos de combustión y de respiración.

Imagen: www.mat.usach.cl/histmat/html/boyl.html


Con la Revolución Científica inaugurada por Newton se abría paso el paradigma mecánico, que exigiría en este siglo, y propiciara en el XVIII, el desarrollo de un nuevo instrumental matemático. Un invento, aparentemente casual, desplazaría la pupila de investigadores hacia la electrostática. Mientras, la irrupción de los métodos de la experimentación cuantitativa hacia la Alquimia y otros campos de la Medicina, provocaría el fallecimiento de la primera y el nacimiento de nuevas áreas en la segunda.   

 

Bibliografía:

 

Altshuler José (2003): A propósito de Galileo. Editorial Gente Nueva. La Habana.

 

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