LA FILOSOFÍA DE LA NATURALEZA

1. LA ADMIRACIÓN ANTE LA NATURALEZA

Lo primero que despertó la curiosidad de los antiguos pensadores fue la naturaleza.

1. Los orígenes de la filosofía de la naturaleza:

En la Antigüedad, algunos pensadores se plantearon que era posible dar una respuesta racional a las preguntas sobre la naturaleza.

Esta idea supone una plena confianza en la capacidad de la razón humana e implica una concepción de la realidad natural como algo ordenado, como un “cosmos” sometido a ciertas normas. Cosmos, en griego, significa “realidad ordenada” y se opone al caos, a “aquello que carece de orden”

1. 2. Teología y mecanicismo:

Si partimos de la premisa de que la naturaleza construye una realidad ordenada, cabe preguntarse ¿a qué se debe el orden? ¿Cuál es la causa que lo origina? Los primeros filósofos ya se hicieron estas preguntas y dieron dos respuestas diferentes:

• La respuesta Teológica (telos, significa en griego “fin “en el sentido de finalidad, de objetivo final) concibe el orden natural como fruto de un proyecto diseñado previamente en el que cada elemento desempeña una función determinada para lograr un objetivo final preestablecido.

Esto conduce, casi inevitablemente, a creer en la existencia de un ser sobrenatural como autor y responsable último del fin que se persigue.

• La respuesta MECANICISTA sostiene que la naturaleza es como una maquina, y los cambios y las transformaciones que experimenta son fruto de la acción necesaria de unos mecanismos sobre otros.

1. 3. Paradigmas científicos: 

Un paradigma es el marco teórico general que los científicos utilizan como referencia en su trabajo de investigación. 

Todo paradigma incluye los siguientes elementos:

• Una cosmovisión, es decir, una concepción general de la realidad.

• Un conjunto de leyes y teorías, muy generales sobre el ámbito de la realidad de la que se ocupa.

• Una descripción general de los problemas que hay que resolver dentro del ámbito del paradigma.

• Una enumeración y una descripción instrumental que el científico puede emplear en sus investigaciones.

Cuando en una ciencia particular toda la comunidad científica adopta un determinado paradigma, se abre un periodo específico que recibe el nombre de ciencia normal. En esta etapa, los investigadores trabajan dentro del marco que define el paradigma aceptado.

En ocasiones, durante el período de ciencia normal, aparecen anomalías, es decir, hechos que no encajan con lo establecido por el paradigma o predicciones que no se cumplen.

La confianza depositada en el modelo científico aceptado lleva, inicialmente, a dudar del investigador que ha detectado la anomalía. 

Sin embargo la acumulación de anomalías sin resolver en el seno de un paradigma provoca que algunos sospechen que hay un problema de fondo. Estos científicos intentaran buscar una solución fuera del orden establecido y, probablemente, alguno de ellos encuentre una propuesta novedosa e ingeniosa que pueda construirse en un paradigma alternativo.

Cuando esto ocurre, entramos en una nueva etapa en el desarrollo de la ciencia: una revolución científica. Ahora tenemos dos paradigmas tratando de obtener una explicación a un mismo tipo de hechos. Finalmente uno de los dos paradigmas se impondrá y, así, se iniciara un nuevo periodo de ciencia normal.

2. LA COSMOLOGÍA ARISTOTÉLICA

Los intentos iniciales de alcanzar una explicación racional del orden del universo fueron imperfectos e incompletos. El primero en ofrecer una respuesta global y sistemática fue Aristóteles.

2.1. La física de Aristóteles:

Así, su concepción del cosmos integró, en un sistema ordenado y con una lógica interna, el conjunto de creencias y doctrinas que habían defendido sus predecesores. En resultado de esa labor de integración fue un universo con las siguientes carácterísticas: 

• FINITO: para Aristóteles, infinito es sinónimo de incompleto y todo lo que no está completo carece de un orden perfecto. El cosmos es por tanto finito.

• ETERNO: el cosmos no puede tener un origen temporal porque, entonces, provendría de la nada.

• PLENO: no existe el vacío. El vacío es el no ser absoluto y el no- ser no es. Por tanto el universo está lleno de materia.

• Geocéntrico Y GEOESTATICO: en el centro del cosmos inmóvil, se encuentra la Tierra. Alrededor de ella giran todos los cuerpos celestes.

• DOTADO DE MOVMIENTO: todo cambio requiere de la acción constante de una causa: cuando la acción de una causa cesa, el cambio se detiene. 

• DIVIDIDO EN DOS REGIONES: el cosmos se divide en un orbe sublunar y otro supra lunar. El primero abarca desde el centro, donde se encuentra la Tierra, hasta la esfera de la Luna. El segundo va desde la esfera de la Luna a la de las estrellas fijas, que delimitan los confines del cosmos. Esta división obedece a que los objetos que pueblan cada una de esas dos regiones se rigen por leyes diferentes y están compuesto de elementos también diferentes. 

2.2 La astrología de Ptolomeo:

Era evidente que los planetas parecían moverse de forma irregular y con continuas variaciones de velocidad: unas veces avanzaban en el firmamento y otras retrocedía, para luego recuperar repentinamente su avance. Precisamente por esto se les llamo planetas, que significa el que vaga errante. A pesar de esto y en contra de la evidencia, Aristóteles mantuvo su modelo con una Tierra en el  centro rodeadas de esferas perfectas. 

Ptolomeo intento relacionar la perfección del modelo aristotélico con los hechos observables. Con este fin desarrollo un modelo astronómico que incluía cálculos precisos de las posiciones y velocidades de los astros en el firmamento.

El universo que describo Ptolomeo era geocéntrico, como el de Aristóteles, pero las orbitas que seguían los cuerpos celestes, aunque eran circulares, no tenían su centro en la Tierra, sino que eran excéntricas respecto a ella.

El modelo de universo propuesto por Ptolomeo constituye la más grande obra de la astronomía Antigua y sus conclusiones fueron aceptadas y constituyeron la base de las investigaciones en la astronomía durante mil cuatrocientos años.

2.4. Las dificultades de la propuesta aristotélica – ptolemaica:

La física aristotélica y la astronomía ptolemaica dominaron la ciencia europea hasta el Siglo XIV cundo comenzaron a detectarse anomalías que prepararon el terreno para la revolución que se produjo den la física y la astronomía con la llegada del Renacimiento.

En el Siglo XIV, aumento el interés por la física y se desarrollaron investigaciones relacionadas con el movimiento de los cuerpos en la esfera terrestre. Los principales puntos que atrajeron la atención de los científicos fueron:

• La posibilidad de la existencia del vacío.

• La finitud o infinitud del universo

• La posibilidad de que hubiera más de un universo

• El movimiento natural de caída de los cuerpos y el movimiento violento propio de los proyectiles.

3. EL MOVIMIENTO MECÁNICO

Nícolás Copérnico propuso la sustitución del modelo geocéntrico por el heliocéntrico. Posteriormente Galileo Galilei desarrollo argumentos para apoyar la tesis de Copérnico.

Kepler mejoro la propuesta de Copérnico y completo el diseño del sistema solar tal como lo conocemos hoy. Finalmente Newton elaboro una teoría física que sustituyo definitivamente a la física aristotélica, y que sistematizo y dio consistencia a los hallazgos realizados por Copérnico, Galileo y Kepler.  

3.1. El modelo heliocéntrico:

En el siglo III a.C., Aristarco de Samos elaboro un modelo de universo con el Sol en el centro y la Tierra girando alrededor de él.

Nícolás Copérnico publico una obra que se convertirá en la propuesta definitiva de un modelo heliocéntrico del universo. Este hito histórico supuso el inicio de una revolución científica cuya repercusión no podía imaginar quien la inició. Estas son las carácterísticas más destacadas del universo copernicano: 

• El Sol permanece estático y situado en el centro

• Alrededor de él giraban los planetas.

• La Luna gira alrededor de la Tierra con un periodo de revolución de veintiocho días.

• Encerrando el universo vemos a las estrellas fijas.

• Las orbitas de los planetas son circulares y, como en el modelo geocéntrico, se precisa de las orbitas excéntricas, los deferentes y los epiciclos para dar cuenta de las posiciones de los planetas.

• La Tierra experimenta tres movimientos: rotación alrededor de su eje, traslación alrededor del Sol y oscilación de su inclinación respecto del plano de la elíptica. 

Pronto surgieron muchas objeciones a esta propuesta:

• El movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol debería permitir apreciar diferencias de brillo y tamaño en las estrellas, dado que su distancia a cada una de ellas varía a lo largo del año.

• La caída de los cuerpos hacia la Tierra, que se basaba en la doctrina aristotélica, no se puede explicar si esta sale de su posición central en el universo y gira alrededor del Sol.

3.2. Las aportaciones de Kepler y Galileo:

Johannes Kepler fue el responsable de acabar con el llamado hechizo de la circularidad que establecía  que la forma geométrica perfecta era el circulo y, por tanto, que los cuerpos celestes, al ser perfectos, debían escribir movimientos circulares en sus orbitas.

Sustituye las orbitas circulares por elípticas. Con esta solución, artificios tales como los epiciclos o los deferentes se vuelven innecesarios.

Por otra parte la aportación de Galileo consistíó, básicamente, en proporcionar un soporte físico a la astronomía copernicana. Para ello desarrollo un programa que se apoyaba en los siguientes puntos:

• Limitar el campo de investigación solo a aquellas preguntas cuyas respuestas eran comprobables por medio de la experiencia sensible.

• Tomar en consideración únicamente las propiedades que pueden ser tratadas matemáticamente.

• Diseñar y perfeccionar instrumentos útiles para mejorar las observaciones como el telescopio.

•  Elaborar argumentos que pongan en evidencia los errores del modelo geocéntrico.

El uso del telescopio permitíó a Galileo ver los cráteres en la superficie de la Luna y las manchas solares. Ambas observaciones contradecían las leyes aristotélicas sobre la descripción de los cuerpos celestes. También observo la existencia de satélites girando alrededor de Júpiter, idea que resultaba imposible si este estuviera engarzado en una esfera cristalina que gira alrededor de la Tierra.

3.3. La física de Newton:

Newton constituyo la culminación de todo el proceso que se inició con Copérnico y que significó el nacimiento de la ciencia moderna.

Formulo las tres leyes de la dinámica que llevan su nombre:

• La ley de la inercia

• La ley de la fuerza

• La ley de acción y reacción 

A partir de estas el propio Newton establecíó la ley de gravitación universal, que supuso un hito sin precedentes, pues permitíó unificar la mecánica terrestre y la celeste.

Newton descubríó que la única ley, la ley de la gravitación universal, gobernaba el movimiento de todos los cuerpos, estuvieran en el firmamento o sobre la superficie de la Tierra. De esta forma, por primera vez se pudo hablar de verdad de un universo, en contraposición a los dos mundos aristotélicos (sublunar y supralunar).

La física newtoniana constituye el mejor ejemplo de paradigma científico porque la ley de la gravitación universal no solo sirve para explicar fenómenos como la caída de los cuerpos o las orbitas de los cuerpos celestes. Newton sosténía que, en el futuro, la fuerza gravitacional serviría para explicar fenómenos magnéticos, eléctricos e incluso fisiológicos. El mismo inicio investigaciones en ese sentido, en relación con la luz y llego a la conclusión de que esta tenía un carácter corpuscular.  

Las leyes del movimiento exigen la existencia de un espacio y tiempo absolutos. Esta conclusión de la física de Newton será la que genere más problemas en su programa de investigación y la que finalmente  abra paso a una nueva revolución científica a principios del Siglo XX.

4. LA CSMOVISIÓN Contemporánea:

El desarrollo del programa de investigación basado en mecánica newtoniana produjo un enorme avance de la física pero propicio la aparición de anomalías que provocaron una nueve crisis de la ciencia. Como resultado surgíó otra cosmovisión que es la que predomina entre los científicos actualmente. 

4.1. La crisis de la mecánica clásica:

Durante los siglos XVII y XIX, algunos estudios científicos arrojaron resultados que no encajaban en los moldes del modelo de Newton.

• En la termodinámica, al estudiar la transformación del calor en energía mecánica, se comprobó que nunca se puede trasformar íntegramente una cantidad determinada de energía térmica en energía mecánica.  Esto sirvió para formular el segundo principio de la termodinámica: el principio de entropía, que apunta hacia un desorden creciente e irreversible en el universo y, por tanto, se opone al principio de la mecánica clásica, que sostiene que todos los principios físicos son reversibles.

• En el ámbito de la óptica, se realizaron experimentos que mostraban la luz comportándose como una onda. Al mismo tiempo, otros ensayos parecían corroborar la tesis del carácter corpuscular de la luz definida por Newton. 

• En cuanto a la electricidad y el magnetismo, Maxwell desarrollo su teoría del campo electromagnético donde la fuerza actúa en una dirección distinta a la recta que une los dos cuerpos. Esto estaba en contra del presupuesto básico de la mecánica de Newton según el cual las fuerzas siempre actúan en línea recta. 

A diferencia de lo ocurrido tras la revolución científica del Siglo XVI, en la que se sustituyó el paradigma aristotélico-ptolemaico por el que propónían Copérnico, Galileo, Kepler y Newton, ahora serán dos paradigmas propuestos para reemplazar a la mecánica clásica:

• La teoría de la relatividad de Einstein fue especialmente fructífera en lo referido a velocidades y magnitudes astronómicas. 

• La mecánica cuántica se centró en el estudio de los fenómenos microscópicos. 

Desde el punto de estos dos paradigmas, la mecánica clásica proporciona magnificas aproximaciones cuando se trata de magnitudes ajustadas a nuestra vida cotidiana; pero en cuanto salimos de esos estrechos límites, los cálculos obtenidos con las leyes de Newton se alejan de lo que realmente ocurre.

4.2. La teoría de la relatividad:

La teoría de la relatividad especial se basa en dos ideas:

1. El espacio y el tiempo son magnitudes relativas.

2. La luz se propaga en el vacío con una velocidad constante e independientemente del estado en el que se encuentre el cuerpo que la emite. 

A grandes velocidades la masa de un cuerpo aumenta, el tiempo se dilata o los objetos se acortan.

Einstein propuso su teoría de la relatividad general. Esta nueva teoría incluye a la anterior y añade el campo gravitatorio a los factores que deben tenerse en cuenta.

En la segunda visión de la teoría de la relatividad, Einstein afirmo que el campo gravitatorio, es decir, aquel en el que se hacen notar las fuerzas de atracción por efecto de la masa de los cuerpos, se considera como una deformación del espacio que se vuelve curvo. 

4.3. La mecánica cuántica:

Max Planck descubríó que la materia no absorbe ni emite energía de forma continua, sino discontinua, en forma de paquetes denominados cuantos. La teoría de Planck resulto ser de gran utilidad para comprender mejor el comportamiento de las partículas subatómicas.

Sobre la base de la teoría cuántica Börh diseño un modelo atómico que establecía unas orbitas definidas para los electrones y la posibilidad de que estos saltaran de unas orbitas a otras. De acuerdo con el modelo de Börh, los átomos absorben o emiten cantidades fijas de energía cuando sus electrones saltan de unas orbitas a otras. 

Todas estas investigaciones condujeron a la formación de dos principios fundamentales en la física contemporánea:

• El principio de complementariedad de Börh sostiene que los elementos cuánticos unas veces actúan como partículas y otras como ondas, pero nunca lo hacen de manera simultánea.

• El principio de incertidumbre del físico alemán Heisenberg  establece que no es posible conocer con precisión y de manera simultánea la posición y la velocidad de la partícula subatómica. 

4.4. Teorías del caos y del Big bang:

Las investigaciones más recientes en la física han dado lugar a la propuesta de dos teorías que aún se encuentran en la fase de desarrollo:

• La teoría del caos

• La teoría del Big bang

La teoría del caos propuesta por Edward Lorenz sostiene que una pequeña variación en las condiciones iniciales de cualquier sistema físico puede ocasionar enormes e impredecibles diferencias en el resultado que pueda producir ese sistema. Esto se conoce como el efecto mariposa. Una consecuencia de ello es que nuestras predicciones serán válidas solo si se realizan a muy corto plazo.

Prigogine ha ido aún más lejos al afirmar  que ciertos sistemas de la naturaleza son capaces de generar fenómenos completamente nuevos. Algunos de estos fenómenos llegan incluso a ajustarse a leyes diferentes a aquellas que se ajustaban los fenómenos previos.

La teoría del Big bang sostiene que el universo no es una realidad estática sino que se expande de forma ininterrumpida. Admitir la expansión del universo significa que,  retrocediendo en el tiempo, hubo un momento en el que toda la materia de la que está formado estuvo concentrada en un punto de una densidad inimaginable. A partir de ese momento, se inició la expansión del universo.

Esta teoría supone aceptar que el universo tuvo un comienzo en el tiempo y que, en contra de lo que se había supuesto hasta ahora, no es estático sino dinámico, puesto que está en continua transformación