Angel "Java" Lopez en Blog

Publicado el 25 de Septiembre, 2010, 19:21

Hace un tiempo comentaba el excelente libro "La física, aventura del pensamiento" de Einstein e Infeld:

El gran misterio, por Einstein e Infeld

Sigamos hoy leyendo algo de este libro. Ya al principio, los autores plantean un tema: ¿cómo explicar el movimientos de los cuerpos? ¿se mueven por sí mismos? ¿se mueven sólo mientras exista una "acción" sobre ellos? Veamos cómo termina surgiendo la experiencia y el modelo:

El problema del movimiento, uno de los más fundamentales, ha sido oscurecido durante miles de años por sus complicaciones naturales. Todos los movimientos que se observan en la naturaleza, por ejemplo, la caída de una piedra en el aire, un barco surcando el mar, un carro avanzando por una calle, son en realidad muy intrincados.

Caso muy frecuente en ciencia: se trata de explicar fenómenos que no son simples. Para poder avanzar, hay que hacer simplificaciones, empezar por algo más simple.

Para entender estos fenómenos es prudente empezar con los ejemplos más simples y pasar gradualmente a los casos más complicados. Consideremos un cuerpo en reposo en un lugar sin movimiento alguno. Si deseamos cambiar la posición de dicho cuerpo, es necesario ejercer sobre él alguna acción, como empujarlo o levantarlo o dejar que otros cuerpos, tales como caballos o máquinas, actúen sobre él.

Primera aparición de una causa externa para modificar el estado de movimiento de un cuerpo.

Nuestro concepto intuitivo del movimiento lo vincula a los actos de empujar, levantar, arrastrar. Múltiples observaciones nos inclinan a pensar que, para que un cuerpo se mueva con mayor rapidez, debemos empujarlo con más fuerza. Parece natural inferir que, cuanto mayor sea la acción ejercida sobre un cuerpo, tanto mayor será su velocidad. Un carro tirado por cuatro caballos marcha más de prisa que tirado por dos. La intuición nos enseña, pues, que la rapidez está esencialmente vinculada con la acción.

Entra en juego la intuición. ¿Podremos fiarnos de ella? De nuevo, como en el anterior post, los autores apelan a la analogía con el misterio policial:

Para los lectores de la literatura policial es un hecho familiar el que un falso indicio oscurece la investigación y pospone la solución del problema. El método de razonar dictado por la intuición resultó erróneo y condujo a ideas falsas, sostenidas durante siglos, respecto al movimiento de los cuerpos.

Como gran ejemplo de fuente de error basada en la intuición, nombran al estagirita:

La gran autoridad de Aristóteles fué quizá la razón primordial que hizo perpetuar este error durante siglos. En efecto, en su Mecánica puede leerse:

"El cuerpo en movimiento se detiene cuando la fuerza que lo empuja deja de actuar".

Esa aserción, tan acorde con nuestra experiencia e intuiciones, resultó ser errónea. Hoy nos parece evidente que es equivocada, pero porque ya tenemos unos siglos desde que sabemos eso. Pero por milenios, fue una verdad aceptada. Tenemos que esperar a Galileo (yo diría un poco antes, ya en la edad media surgen alternativas a Aristóteles) para que esto cambie. Aparece la actitud científica:

Una de las adquisiciones más importante en la historia del pensamiento humano, la que señala el verdadero punto inicial de la física, se debe a Galileo, al descubrir y usar el método de razonamiento científico. Este descubrimiento nos enseñó que no debemos creer, siempre, en las conclusiones intuitivas basadas sobre la observación inmediata, pues ellas conducen a menudo a equivocaciones.

Pero ¿de dónde surge la equivocación? Leo más adelante:

Supongamos que un hombre que conduce un carrito en una calle horizontal deje de repente de empujarlo. Sabemos que el carrito recorrerá cierto trayecto antes de parar. Nos preguntamos: ¿será posible aumentar este trayecto, y cómo? La experiencia diaria nos enseña que ello es posible y nos indica varias maneras de realizarlo: por ejemplo, engrasando el eje de las ruedas y haciendo más liso el camino. El carrito irá más lejos cuanto más fácilmente giren las ruedas y cuanto más pulido sea el camino.

Pero, ¿qué significa engrasar o aceitar los ejes de las ruedas y alisar el camino? Esto: significa que se ha disminuido las influencias externas.

Se han aminorado los efectos de lo que se llama roce o fricción, tanto en la» ruedas como en el camino. En realidad, esto constituye ya una interpretación teórica, hasta cierto punto arbitraria, de lo observado.

Lo de arriba es importante: no sólo tenemos experiencia, tenemos modelos, conceptos, teoría que aplicamos encima de esa experiencia.

Un paso adelante más y habremos dado con la clave verdadera del problema. Para ello imaginemos un camino perfectamente alisado y ruedas sin roce alguno. En tal caso no habría causa que se opusiera al movimiento y el carrito se movería eternamente. A esta conclusión se ha llegado imaginando un experimento ideal que jamás podrá verificarse, ya que es imposible eliminar toda influencia externa. La experiencia idealizada dio la clave que constituyó la verdadera fundamentación de la mecánica del movimiento.

Einstein hace hincapié en que la experiencia sola no nos llevó a las conclusiones de Galileo. También hay teoría, y experimento ideal, corrorborado (aunque no lo menciona) por aproximaciones que hizo Galileo, estudiando el movimiento en planos inclinados y otros.

Galileo llegó así a "descubrir" la inercia, mediante observación, experimento, y teoría:

Comparando los dos métodos expuestos, se puede decir que: Intuitivamente, a mayor fuerza corresponde mayor velocidad; luego, la velocidad de un cuerpo nos indicará si sobre él obran o no fuerzas. Según la clave descubierta por Galileo, si un cuerpo no es empujado o arrastrado, en suma, si sobre él no actúan fuerzas exteriores, se mueve uniformemente, es decir, con velocidad constante y en línea recta. Por lo tanto, la velocidad de un cuerpo no es indicio de que sobre él obren o no fuerzas exteriores. La conclusión de Galileo, que es la correcta, la formuló, una generación después, Newton, con el nombre de principio de inercia. Es, generalmente, una de las primeras leyes de la física que aprendemos de memoria en los colegios, y muchos la recordarán. Dice así:

"Un cuerpo en reposo, o en movimiento, se mantendrá en reposo, o en movimiento rectilíneo y uniforme, a menos que sobre él actúen fuerzas exteriores que lo obliguen a modificar dichos estados".

Concluyen:

Acabamos de ver que la ley de inercia no puede inferirse directamente de la experiencia, sino mediante una especulación del pensamiento, coherente con lo observado. El experimento ideal, no podrá jamás realizarse, a pesar de que nos conduce a un entendimiento profundo de las experiencias reales.

Quise detenerme en estos párrafos, para destacar que el método científico no se basa solamente en la experiencia cruda. Hay experimento y hay teoría. No es sólo una paciente recolección de datos: debe ser acompañada de otras cosas, como una explicación tentativa, experimento (tal vez no ideal, pero que ponga de manifiesto lo que pasaría en una circustancia ideal: Galileo usó planos inclinados para poder estudiar mejor la caída libre de los cuerpos), experimento mental (como cuando Galileo se imagina dentro de un cuarto en un barco, sin notar si el buque se mueve o no) y modelos.

Es claro, según la historia de la ciencia, en especial de la física, que los modelos y conceptos que ponemos para explicar los fenómenos no son perfectos. Casi siempre el modelo propuesto es apenas una aproximación a una mejor respuesta. Podría poner como ejemplo: ante una serie de fenómenos, se propone la explicación corpuscular de la luz. Otros fenómenos soportan mejor una explicación ondulatoria. Gran parte de la historia de la ciencia es el descubrimiento de nuevos fenómenos, su estudio en detalle, y la búsqueda de modelos explicativas, así como la propuesta de conceptos que nos ayuden a modelar la explicación (como el concepto de campo, fuerza, energía, etc...)

Fascinante tema el desarrollo de la ciencia humana.

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
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Por ajlopez, en: Ciencia