Cruciales Expermientos

El desarrollo de la evolución de la física se fue dando a medida del tiempo, en la antigüedad ya existía la física a su alrededor, sin embargo, los filósofos, matemáticos y astrónomos, sólo se basaban en observaciones. La experimentación dio lugar a descubrir grandes hallazgos y todo comenzó por encontrar una secuencia o un sistema donde las teorías pudieran llevar un esquema y así poder saber si eran verdaderas o no, para ello el método científico surgió, es importante mencionar a sus precursores como Leonardo da Vinci (1452-1519), Copérnico (1473-1543), Kepler (1571-1630) y Galileo (1564-1642) quienes aplicaban unas reglas metódicas y sistemáticas para alcanzar la verdad. Galileo Galilei contribuyó a reforzar la idea de separar el conocimiento científico de la autoridad, la tradición y la fe. Cabe mencionar también a Sir Francis Bacon que por sus obras y pensamientos ejercieron una influencia decisiva en el desarrollo del método científico.

En ciencias, un experimentum crucis (en español, experimento crucial o crítico) es un experimento capaz de determinar de forma contundente si una hipótesis o una teoría particular es superior a todas las demás hipótesis o teorías cuya aceptación está extendida en la comunidad científica. En particular, tal experimento debe ser capaz de producir un resultado que excluya todas las otras hipótesis o teorías si es cierto, lo que demuestra que en las condiciones del experimento (i. e., bajo las mismas circunstancias externas y para las mismas variables de entrada en el experimento), esas hipótesis y teorías se han demostrado falsas, pero la hipótesis del experimentador no es descartada. Francis Bacon en su obra Novum Organum, fue el primero en describir el concepto de una situación en la que una teoría, pero no otras se mantiene verdadera, con el nombre de instancia crucis; el término experimentum crucis, que denota la creación deliberada de tal situación con el propósito de probar teorías rivales, fue acuñado más tarde por Robert Hooke y utilizada por Isaac Newton.

La producción de este tipo de experimento se considera necesaria para que una hipótesis particular o una teoría sean consideradas una parte comprobada del cuerpo del conocimiento científico.

Isaac Newton (1687) presentó una refutación de la teoría de los vórtices de Descartes del movimiento de los planetas.1

Un ejemplo famoso en el siglo XX de un experimentum crucis fue la expedición dirigida por Arthur Eddington a la isla de Príncipe en África en 1919 para registrar las posiciones de las estrellas alrededor del Sol durante un eclipse solar. La observación de las posiciones de las estrellas confirmaron las predicciones de la lente gravitacional formulada por Albert Einstein en la teoría general de la relatividad publicada en 1915. Las observaciones de Eddington fueron consideradas como la primera evidencia sólida a favor de la teoría de Einstein.

En algunos casos, una teoría propuesta puede tener en cuenta resultados anómalos experimentales para los cuales ninguna teoría existente puede proporcionar otra explicación. Un ejemplo sería la capacidad de la hipótesis cuántica, propuesta por Max Planck en el año 1900, para dar cuenta del cuerpo negro del espectro observado, un resultado experimental que la Ley de Rayleigh-Jeans de la física clásica no podía predecir. Sin embargo estos casos no se consideran lo suficientemente fuertes para establecer plenamente una nueva teoría, y para el caso de la mecánica cuántica, necesitó de confirmación a través de nuevas predicciones de la teoría para lograr aceptación total.

2700 a.C.

En esta época aun no tenían el conocimiento del método experimental, sin embargo existieron aportaciones a la física que fueron base para los descubrimientos futuros. Como por ejemplo tenemos a los mayas, los egipcios y los chinos que observaban el movimiento interplanetario. También Arquímedes fue quien hizo observaciones donde concluyeron a dos leyes, la ley de la palanca y la ley de hidrostática. Cabe mencionar que Tolomeo mediante sus observaciones dijo que la tierra era el centro del universo con su modelo geocéntrico.

Edad de media ( V al XIV)

En esta época no hubieron avances en la ciencia, tanto químicos, médicos y físicos. Sin embargo, hubo un señor llamado Sir Francis Bacon, considerado el padre del empirismo. Sus obras y pensamientos ejercieron una influencia decisiva en el desarrollo del método científico, pero él quien en sí concreto el método científico fue René Descartes, y a partir de ello surgen los experimentos que dieron lugar a descubrimientos futuros.

Renacimiento (siglo XIV al XVII)

Las observaciones de Nicolás Copérnico aportaron a la física los movimientos de los cuerpos celestes donde el demostró que el centro del universo es el sol.

Comenzamos con los que realizó Galileo Galilei (Pisa, 15 de febrero de 1564 - Florencia, 8 de enero de 1642), que gracias a sus aportaciones astronómicas demostró que el sistema solar es heliocéntrico. En el campo de la física hizo tantos e igual de importantes descubrimientos. Estudió el movimiento del péndulo, investigó la resistencia de los materiales y, lo más importante, demostró que varias leyes que había enunciado Aristóteles sobre la caída de los cuerpos. Según él decía, si se dejaban caer dos bolas desde la misma altura, las dos caerían al mismo tiempo, ya que la masa es independiente de la velocidad. Así, usando el raíl de madera, tiró muchas veces bolas de distinto tamaño, y midió el espacio que recorrían con puntos (que equivalían a unos 0,094 cm). En esta época el tiempo era algo más difícil de medir. Galileo tenía tres métodos para medirlo:

- Con un péndulo (que no era una manera muy práctica)

- Tocando el laúd. Al igual que su padre, Galileo tocaba muy bien este instrumento, así que en varias ocasiones lo que hacía era dejar caer la bola y comenzar a tocar. Una vez la bola llegaba al final, dejaba de tocar y contaba las notas hasta el punto en el que había parado. Aunque parezca increíble, con esta técnica conseguía medidas bastante precisas.

- La más complicada y precisa era con un reloj de agua. Consistía en dos recipientes, uno lleno de agua y otro vacío. El agua iba pasando de uno a otro por un tubo que tenía un grifo, y cuyo flujo era de casi un litro y medio por segundo (siendo tanta agua por segundo, las medidas eran muy precisas). Abría el grifo cuando dejaba caer la bola, y lo cerraba cuando ésta llegaba al final del recorrido. Tras esto, medía la cantidad de agua que había pasado en “granos”, y al tiempo que tardaba en pasar un grano de un recipiente a otro lo llamaba “tempo”. Los tempos equivalían a 1/92 segundos, es decir, que Galileo era capaz de tomar medidas de tiempo con una precisión de casi una centésima de segundo.

Tras mucho tiempo tomando datos, Galileo se dio cuenta de que había tres tipos de movimientos: el movimiento rectilíneo uniforme, que sólo se da en condiciones ideales, en el vacío, y que fue en el que se centró Aristóteles; el movimiento periódico, como sería, por ejemplo, el circular; y, por último, el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, en el que el espacio recorrido es proporcional al tiempo al cuadrado.

Concluyó que la masa es independiente de la velocidad, que es cierto. Su único pequeño error fue que dijo también que dos objetos de distinta masa y tamaño caerían a la vez, ya que no tuvo en cuenta el rozamiento del aire.

Johannes Kepler (1571-1630), con base a las observaciones de Galileo Galilei y por Tycho a la vista de los datos, especialmente los relativos al movimiento retrógrado de Marte se dio cuenta de que el movimiento de los planetas no podía ser explicado por su modelo de poliedros perfectos y armonía de esferas. Kepler, hombre profundamente religioso, incapaz de aceptar que Dios no hubiera dispuesto que los planetas describieran figuras geométricas simples, se dedicó con tesón ilimitado a probar con toda suerte de combinaciones de círculos. Cuando se convenció de la imposibilidad de lograrlo con círculos, usó óvalos. Al fracasar también con ellos, «sólo me quedó una carreta de estiércol» y empleó elipses. Con ellas desentrañó sus famosas tres leyes (publicadas en 1609 en su obra Astronomía Nova) que describen el movimiento de los planetas. Leyes que asombraron al mundo, le revelaron como el mejor astrónomo de su época, aunque él no dejó de vivir como un cierto fracaso de su primigenia intuición de simplicidad (¿por qué elipses, habiendo círculos?). Sin embargo, tres siglos después, su intuición se vio confirmada cuando Einstein mostró en su Teoría de la Relatividad general que en la geometría tetra dimensional del espacio-tiempo los cuerpos celestes siguen líneas rectas. Y es que aún había una figura más simple que el círculo: la recta.

Tres leyes de Kepler: Los planetas tienen movimientos elípticos alrededor del Sol, estando éste situado en uno de los 2 focos que contiene la elipse.

Después de ese importante salto, en donde por primera vez los hechos se anteponían a los deseos y los prejuicios sobre la naturaleza del mundo. Kepler se dedicó simplemente a observar los datos y sacar conclusiones ya sin ninguna idea preconcebida. Pasó a comprobar la velocidad del planeta a través de las órbitas llegando a la segunda ley:

Las áreas barridas por los radios de los planetas, son proporcionales al tiempo empleado por estos en recorrer el perímetro de dichas áreas.

Durante mucho tiempo, Kepler solo pudo confirmar estas dos leyes en el resto de planetas. Aun así

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