El (re)nacimiento de una ciencia San Luis Potosí, 24 de abril, 2009 “Año internacional de la astronomía” Vladimir Escalante Ramírez Centro de Radioastronomía y Astrofísica UNAM, Campus Morelia

“2009: Año internacional de la astronomía” Hace 400 años Galileo observó el cielo con un telescopio (octubre o noviembre de 1609): Descubrió las fases de Venus. Las montañas y cráteres de la Luna. Las estrellas dobles. Los satélites de Júpiter. Los anillos de Saturno. Las manchas solares. ¡Y publicó sus descubrimientos!

¿Qué vió Galileo? © Tim Pope y Jim Mosher

Los satélites de Júpiter © Tim Pope y Jim Mosher

¿Qué vió Galileo?

Los satélites de Júpiter NASA Voyager 1, 1979 Europa Io Ganimedes Calixto

Otras investigaciones de Galileo Movimiento del péndulo. Cinemática e hidrostática. Movimiento de caída libre. Movimiento de proyectiles. Aceleración de la gravedad: cuerpos de distinto peso caen al mismo tiempo desde la misma altura (parece que no es cierto que se subió a la Torre de Pisa para hacer el experimento).

El martillo y la pluma en la Luna (Comandante David Scott, Apolo 15)

Año internacional de la astronomía En 2009 también se conmemoran 200 años del nacimiento de Charles Darwin y 150 de la publicación de “El origen de las especies.”

¿Por qué Galileo? No fue el inventor del telescopio. Inventado por los holandeses Hans Lipperhey, Jacob Metius y Sacharias Janssen en 1608. No fue el primero en observar el cielo con un telescopio. Thomas Harriot de Inglaterra observó la Luna con un telescopio de 6 aumentos en agosto de 1609. Simon Mairus de Alemania decía haber descubierto los satélites de Júpiter en diciembre de 1609 (antes que Galileo), pero no publicó su descubrimiento hasta 1614.

Mapa de la luna de Thomas Harriot (1609-1610)

La ciencia y Galileo Galileo trató de verificar hipótesis sobre fenómenos naturales con observaciones y experimentos. A veces se dice que Galileo inició la ciencia moderna (o por lo menos la física moderna).

¿Qué es la ciencia? “Sistema de adquirir conocimiento a través del método científico”. “Conjunto de actividades para aumentar la comprensión del mundo físico a través del método científico”. “Sistema de conocimento ocupado del mundo físico y sus fenómenos y que implique observaciones imparciales y experimentación sistemática”. “Conjunto de conocimentos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen prinicipios y leyes generales”. “Conjunto de conocimientos adquiridos a través del método científico”.

¿Qué es la ciencia? “Sistema de adquirir conocimiento a través del método científico”. “Conjunto de actividades para aumentar la comprensión del mundo físico a través del método científico”.

¿Qué es el método científico? Observar un fenómeno. Elaborar una hipótesis para explicar el fenómeno. Verificar las predicciones de la hipótesis con observaciones o experimentos. Rechazar la hipótesis si las observaciones o experimentos contradicen la hipótesis.

Características del método científico Las hipótesis científicas deben ser: Verificables. Nunca son verdades absolutas: son aceptables o rechazables. El conocimiento científico cambia contínuamente. La ciencia es un proceso de revisión continuo. No hay verdades eternas.

¿Así somos los científicos? CASI Vean “El lado oscuro” de Shi-Zhen Cheng ¿Cómo se inventan o rechazan las grandes teorías científicas? ¿Realmente las hipótesis científicas se aceptan únicamente en base a resultados experimentales? ¿O existen otros criterios para preferir una teoría?

Galileo: la verdadera historia Galileo nunca dijo: ‘Y sin embargo se mueve,’ pero defendió la teoría heliocéntrica de Copernico con observaciones. Galileo se convenció de la teoría de Copernico antes de hacer sus observaciones con telescopio (1595). ¿Por qué?

El problema del movimiento planetario Mercurio (Jul 15-Sep 30, 2004) Marte (Ago 1-Mar 15, 2006)

Copérnico vs. Ptolomeo Sistema de Ptolomeo(150 AC): La Tierra está en el centro. Cualquier movimiento es uniforme y circular. Los objetos celestes son perfectos y no cambian su brillo.

Copérnico vs. Ptolomeo Para cada planeta se necesitaban: Un deferente girando alrededor de un punto (X) entre el ecuante y la Tierra Un epiciclo girando sobre el deferente. Un ecuante que define el movimiento uniforme. Con la precisión del siglo XVI se necesitaban más de 50 círculos.

La revolución copernicana (1543) Copernico objetaba tantos epiciclos y deferentes. ¡Pero terminó con más de 30 epiciclos y deferentes para igualar la exactitud del sistema geocéntrico!

Galileo y Venus (© Tom Pope y Jim Moshe)

Galileo y Venus Galileo (1610) descubrió las fases de Venus, inexplicables con el modelo geocéntrico. ¿Ptolomeo invalidado?

Tycho Brahe al rescate de Ptolomeo (1587) El sistema de Tycho tenía lo mejor de los dos modelos. Matemáticamente es equivalente al modelo de Copérnico

Los argumentos en contra de Copérnico Si la Tierra se moviera: Sentiríamos el movimiento. Las cosas en la Tierra se quedarían atrás. El aire se quedaría atrás. Veríamos paralaje en las estrellas.

Galileo y la inercia: marcos de referencia

Galileo y las estrellas dobles

Galileo y las estrellas dobles

Paralaje

Galileo y Mizar Si la Tierra se mueve debe haber paralaje en las estrellas debido a sus distintas distancias de nosotros. Supongamos que las estrellas son del mismo tamaño del Sol (Incorrecto: hay estrellas 1000 veces mayores). Supongamos que podemos medir los tamaños de Mizar A y B con mi telescopio (Incorrecto). Entonces Mizar A está a 300 veces la distancia Tierra- Sol y Mizar B está a 450 veces la distancia Tierra-Sol y debo poder notar su paralaje, y no lo notó.

Tamaños estelares

Mizar hoy Las estrellas se ven como círculos en un telescopio debido a la refracción. Mizar A y B son un sistema doble (ambas están a 5 millones de veces la distancia Tierra- Sol), pero tienen distinta luminosidad. Mizar A y B son estrellas dobles a su vez.

Galileo y las mareas Si la Tierra se mueve, el mar se debe mover como se mueve el agua en un recipiente. Entonces las mareas prueban que la Tierra se mueve. Y la teoría de Kepler sobre las mareas estaba mal según Galileo.

Los argumentos del Vaticano En 1600 Giordano Bruno fue condenado como hereje a ser torturado y quemado vivo en Roma por: Tener opiones contrarias a la fé católica Tener opiniones erróneas a la Trinidad, la reencarnación y divinidad de Cristo. Tener opiniones erróneas sobre Cristo. Hacer magia y adivinación. Negar la virginidad de María. Afirmar la existencia de otros mundos habitados en el Universo y su eternidad.

“Pensar es especular con imágenes.” G. Bruno Etore Ferrari (1889) Durand (2000): “La quema de Giordano Bruno”

Galileo y la inquisición 1616: el cardenal Bellarmine (el que condenó a Giordano Bruno), advierte a Galileo no adoptar, defender, hablar o escribir sobre la teoría de Copérnico. 1624: el papa Urbano VIII da permiso a Galileo de escribir sobre la teoría de Copérnico, siempre y cuando la trate como una “hipótesis.” 1633: Urbano VIII y la inquisición amenazan con tortura a Galileo, lo obligan a abjurar de sus ideas y lo condenan a arresto domiciliario de por vida. 1992: Juan Pablo II lamenta el juicio de Galileo, y acepta que la Tierra se mueve.

¿Estaba en lo correcto la inquisición? 1990: El Cardenal Ratzinger (ahora Benedicto XVI) cita a Paul Feyerabend: “La Iglesia en tiempos de Galileo se apegó mucho más a la razón que Galileo, y tomó en consideración las consecuecnias éticas y sociales de la enseñanza de Galileo. Su veredicto contra Galileo fue racional y justo, y la revisión de ese veredicto sólo se justifica en términos de lo que convenga políticamente.”

Kepler al rescate: “Nueva astronomía” (1609) Leyes de Kepler: La órbita de un planeta es una elipse con el Sol en uno de los focos. La línea planeta-Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. a 3 es proporcional a T 2

¿Y las mareas? Galileo ignoró que hay dos mareas altas por día, y que la marea alta se retrasa alrededor de una hora cada día. En 29 días, las horas de marea alta se repiten. La luna tarda 29 días en repetir su fase. Entonces debe haber una conexión entre la luna y las mareas, según Kepler.

¿Por qué aún los mejores científicos se equivocan? Deducción vs. inducción. Ejemplo de un razonamiento deductivo: Si llueve, oigo ruido en mi techo. Ejemplo de un razonamiento inductivo: Si oigo ruido en mi techo, está lloviendo. ¿Y qué pasa si el vecino está echando agua en mi techo?

La deducción da certeza absoluta Ejemplos de razonamientos deductivos: Todos los seres vivos se alimentan. Una planta es un ser vivo. Por lo tanto, una planta necesita alimento. Si los lados menores de un triángulo rectángulo miden a y b, y su lado mayor mide c, entonces a 2 + b 2 = c 2

La inducción sólo da certeza probable La inducción generaliza a partir de particulares. Ejemplos de razonamiento inductivo: Marte es un planeta. Si Marte tiene una órbita elíptica, todos los planetas tienen órbitas elípticas (Kepler). El Sol es una estrella. El Sol tiene un planeta habitado. Entonces hay otras estrellas con planetas habitados (Bruno). Todas las estrellas son aproximadamente iguales (Galileo).

El problema de la inducción Las hipótesis (o teorías) científicas pueden ser falsas. Pero la ciencia se autocorrige. A pesar de los errores de los científicos, LA CIENCIA ES HASTA AHORA EL PROYECTO MÁS EXITOSO DE LA HUMANIDAD.

¿Cuándo aceptar una nueva teoría? Los científicos no siempre aceptan una teoría sólo porque explica los hechos observados. A veces se usan argumentos más “filosóficos”: Simplicidad. Belleza. Elegancia. Coherencia.

Los héroes de la película Galileo Galilei (1564-1642) Johannes Kepler (1571-1630) Isaac Newton (1643-1727)

La ciencia renace continuamente Observatorio de Yerkes, 40 pulgadas

La astronomía renace con cada nuevo telescopio Telescopio Hubble, NASA

Nebulosa del Águila (Bill Shoening, NOAO, AURA, NSF, Telescopio Mayall, 4 m, Kitt Peak, 1974)

Formación estelar en la nebulosa del Águila (J. Hester y P Formación estelar en la nebulosa del Águila (J. Hester y P. Scowen, NASA, ESA, STScI, 1955)

Buscando otros sistemas planetarios (Marois et al. , Observatorio W. M Buscando otros sistemas planetarios (Marois et al., Observatorio W.M. Keck, 2008)

Planetas gigantes en HR8799 (Observatorio Gemini, dibujo de Lynette Cook, 2008)

Renacimiento de una ciencia Misión Kepler 2009

Buscando otros mundos como la Tierra (NASA/AMES/JPL-Caltech)

Buscando otros mundos como la Tierra Tránsito de Venus, 2004. El anterior fue en 1882.

Los grandes descubrimientos científicos El sistema de Copérnico: la Tierra y el hombre no son el centro del Universo. La evolución de las especies de Darwin: el hombre es un eslabón en la historia de la Tierra. ¿Habrá vida en otros planetas?