La cosmovisión antigua

Como resumen o resultado de todas las teorías filosóficas antiguas sobre la realidad (sobre el universo), podemos señalar los siguientes puntos:

• El universo es un cosmos, es decir en el universo existe el orden y no el caos.

• El orden del universo es cognoscible por los seres humanos.

  • Para algunos filósofos (Tales de Mileto) ese orden se concreta en descubrir una única sustancia que es el origen de la variedad de seres que forman el universo.

  • Para otros filósofos (Pitágoras) ese orden se concreta en leyes matemáticas que reducen la variedad de procesos a unos pocos patrones matemáticos.

• Para conocer el universo es necesario abandonar (Platón) o al menos complementar (Aristóteles) el conocimiento que nos proporcionan los sentidos con el conocimiento que nos proporciona la razón. Con frecuencia, la verdad no aparece ante nuestros ojos sino que debe ser desvelada con nuestra inteligencia.

• El cambio en el universo se explica por seres que no cambian, que permanecen inmutables en medio del cambio:

  • Para algunos filósofos (como para Platón) el cambio es sólo una apariencia superficial, lo que realmente existe son seres eternos e inmutables.

  • Para otros filósofos (como para Aristóteles) el cambio de las sustancias es real y se explica por las propiedades de las sustancias y por la acción de distintas causas.

Los filósofos y científicos posteriores abandonarán buena parte de las teorías antiguas, pero mantendrán intactos estos puntos centrales en sus nuevas explicaciones.

La cosmovisión moderna

Con modificaciones accesorias pero sin cambios de fondo, la concepción aristotélica del cosmos estuvo vigente durante la Edad Media (siglos V al XIV). Pero con el resurgimiento del interés por la cultura griega (Renacimiento, siglos XV y XVI), se recupera una idea alternativa al geocentrismo, ingrediente esencial al modelo de Aristóteles: el heliocentrismo ya defendido por Aristarco de Samos.

La propuesta (hipótesis) de que la Tierra se mueve en torno al Sol, en lugar de estar en reposo en el centro del universo, se enfrenta a múltiples preguntas que parecen refutarla:

• Si la Tierra gira sobre sí misma, ¿por qué caen los cuerpos verticalmente? ¿No deberían caer alejándose del punto de partida, quedándose atrás con respecto al suelo y al resto del planeta? Si no es el Sol el que gira de Este a Oeste sino la Tierra la que gira de Oeste a Este, entonces el objeto debería caer no verticalmente sino desviado hacia el Oeste.

• Si la Tierra gira sobre sí misma, ¿por qué no hay un viento constante del Este?

• Si la Tierra gira sobre sí misma, ¿por qué los proyectiles tienen el mismo alcance en todas las direcciones en que los disparamos? ¿No deberían llegar más lejos los proyectiles disparados hacia el Oeste (de donde nos alejamos) y tener menos alcance los disparados hacia el Este (hacia dónde nos dirigimos)?

• Si la Tierra gira sobre sí misma, ¿por qué las aves vuelan con el mismo esfuerzo en todas direcciones? En particular vuelan con el mismo esfuerzo hacia el Este y hacia el Oeste.

Por estas y otras razones, Copérnico (siglos XV a XVI) propuso el heliocentrismo como una mera hipótesis matemática útil en astronomía para calcular las posiciones de los planetas en el cielo, pero que no pretendía describir cómo eran realmente los cielos. La Tierra seguía estando en el centro del cosmos, pero a efectos de cálculo era útil hacer como si el Sol fuese el centro.

Galileo

Fue Galileo Galilei (1564 - 1642) quien, apoyado en nuevas observaciones hechas con su telescopio y en experimentos hechos en su laboratorio, afirmó la realidad del movimiento de la Tierra. El heliocentrismo no era ya una simple hipótesis para facilitar los cálculos, sino que era físicamente real.

Para responder a las objeciones de sentido común que surgen al considerar que viajamos en un cuerpo que se mueve a gran velocidad en torno al Sol, Galileo propuso una idea radical: el movimiento (rectilíneo y sin aceleración) y el reposo son relativos. Para entender qué quiere decir esto, hagamos la analogía entre estar a la izquierda o a la derecha y estar en movimiento o estar en reposo:

Del mismo modo que no tiene sentido hablar de la posición de un objeto a la izquierda o la derecha, sin añadir con respecto a qué punto de vista estamos haciendo la afirmación, tampoco tiene sentido hablar de la velocidad (movimiento o reposo) de un cuerpo sin añadir con respecto a qué punto de vista estamos haciendo la afirmación. Un mismo objeto puede estar a la vez en movimiento y en reposo, del mismo modo que un mismo objeto puede estar a la vez a la izquierda y a la derecha de otro. Es una mera cuestión de perspectiva, de punto de vista, no se trata de propiedades absolutas de los objetos (aquellas que los objetos tienen con independencia de su relación con el resto de objetos), sino de propiedades relativas (aquellas que se tienen por la relación que mantiene un objeto con otros). Si viajo en un tren, el libro que leo está en reposo con respecto a mi, pero en movimiento con respecto a jefe de estación que ve pasar el tren conmigo dentro.

Siempre que hablemos de movimientos rectilíneos y con velocidad constante o uniforme (sin aceleración) Galileo afirmó dos principios fundamentales:

• Principio de inercia. Un objeto mantiene su estado de movimiento o reposo indefinidamente, mientras no sea afectado por otros objetos. En contra del punto de vista de Aristóteles, no es necesaria la acción de ninguna causa para mantener el movimiento ni para mantener el reposo, pues movimiento y reposo no son cualidades absolutas de los cuerpos sino meras etiquetas que cada observador pone a los cuerpos desde su punto de vista. Distintos observadores ponen distintas etiquetas a los mismo cuerpos según cuál sea su punto de referencia, del mismo modo que ponemos las etiquetas izquierda y derecha según cual sea nuestra referencia. 

• Principio de relatividad. Las leyes físicas son las mismas para cualesquiera observadores que se encuentren en movimiento rectilíneo uniforme unos respecto de los otros. Dicho de otro modo, no hay ningún efecto físico que permita distinguir entre movimiento inercial y reposo: no tiene sentido físico distinguir entre reposo y movimiento inercial.

Galileo persuadió a sus contemporáneos de la validez del principio de relatividad usando un experimento mental: si nos encontramos en la bodega de un barco que navega por aguas muy tranquilas, ¿podremos averiguar si nos movemos o si estamos en reposo? La respuesta de Galileo es que no es posible realizar ningún experimento que responda a la pregunta porque en realidad no hay diferencia física entre reposo y movimiento uniforme. 

Si podemos observar la costa desde el interior de la bodega y la tomamos como sistema de referencia, entonces diremos que nos movemos o que estamos en reposo con relación a la costa. Si la costa no está a la vista sino que vemos otro barco, o las nubes del cielo o el agua a nuestro alrededor, no hay ningún experimento que nos permita distinguir si nos movemos nosotros o se mueve el otro barco, o las nubes, o el agua. No hay ningún experimento físico que nos permita responder a la pregunta. Pero la física se ocupa de conocimientos que pueden contrastarse con la experiencia. La conclusión es que carece de sentido físico preguntarse por la velocidad absoluta de un objeto. Sólo tiene sentido afirmar la velocidad relativa de un objeto con respecto a un punto de referencia que tomamos como fijo o en reposo.

Naturalmente, puede haber muy buenas razones de conveniencia para preferir tomar un punto de referencia en lugar de otros. Por ejemplo considerar que la costa está en reposo y los barcos, las nubes y el agua se mueven con relación a ella tiene todo el sentido del mundo para un marino. Pero ese mismo marino dirá a continuación que la costa se mueve junto al resto de la Tierra con respecto al Sol. De modo que no son razones físicas sino de conveniencia o de costumbre las que nos llevan a afirmar que algo (p.ej. la costa) está en reposo o en movimiento.

Es importante señalar que el principio de inercia sólo se aplica al movimiento rectilíneo y a velocidad constante (sin aceleración). El movimiento circular (de la Tierra en torno al Sol) o rotatorio (la rotación de la Tierra sobre sí misma) no son movimientos rectilíneos, por tanto sí es posible diseñar experimentos que muestren que la Tierra gira alrededor del Sol y sobre sí misma.

Además de afirmar estos dos principios, Galileo hizo muchos otros descubrimientos que precipitaron el abandono de la cosmovisión aristotélica:

• Encontró la ley matemática que rige el aumento de velocidad (v) y distancia recorrida (d) en la caída de los cuerpos (v = g·t ; d = ½·g·t²), en contra de la creencia de que los movimientos en la región sublunar no podían analizarse con precisión matemática. Además, propuso que la cantidad de materia no era un factor relevante para determinar la velocidad de caída: sólo la fricción de la atmósfera es responsable de que unos cuerpos caigan más rápido que otros.

• Observó imperfecciones en las superficies del Sol (manchas solares) y viendo que se movían por su superficie, supuso correctamente que el Sol giraba sobre sí mismo. Todo ello iba en contra del carácter perfecto de los cuerpos celestes. Quizá todos los cuerpos (celestes y terrestres) estaban hechos de la misma materia y si el Sol giraba, quizá la Tierra también.

• Observó satélites girando en torno a Júpiter y fases en Venus similares a las de la Luna. Ambas observaciones hacían mucho más plausible el sistema heliocéntrico y ponían en duda que la Tierra fuese el centro de todos los movimientos celestes. Podía haber tantos centros como cuerpos celestes.

En definitiva, Galileo borró la distinción entre las regiones supra y sub lunar: todo el universo se rige por las mismas leyes y la Tierra es uno más entre los planetas que orbitan el Sol.

Descartes

René Descartes, matemático y filósofo que vivió durante el siglo XVII, generalizó la nueva concepción del cosmos que iba tomando forma con los avances de científicos como los de Galileo. La nueva cosmovisión se denomina mecanicismo, pues la idea central es que el universo en su conjunto y los seres que lo pueblan pueden entenderse de forma similar a como entendemos las máquinas: objetos mecánicos formados por partes interconectadas entre sí que se transmiten movimiento unas a otras mediante choques, estiramientos y empujes. El universo es un gigantesco mecano y todos los seres materiales que hay en él pueden comprenderse como máquinas.

Si Tales de Mileto propuso que por debajo de la variedad de seres estaba un único principio, el agua, el mecanicismo de Descartes propone que el universo se compone de tres principios que combinan elementos materialistas (masa) con formalistas (geometría y cualidades definidas matemáticamente):

• Cuerpos materiales, cuya característica esencial es su masa. Serán habitualmente entendidos como pequeñas partículas indivisibles, es decir átomos. Además de la masa, los cuerpos se definen por sus dimensiones y su forma (sus rasgos geométricos).

• Espacio vacío, el espacio que estudia la geometría.

• Movimiento. Los cuerpos poseen velocidades (relativas) de distinta magnitud y dirección, lo que provoca el choque (transmisión de cantidad de movimiento, definida como p = m·v) y la unión de cuerpos menores en cuerpos más grandes. En cuanto al origen de estas velocidades, una opción para los creyentes en un dios creador era afirman que en el momento de la creación Dios dio el impulso inicial al universo.

En estos tres ingredientes de la realidad, las matemáticas juegan un papel fundamental pues en definitiva la idea central es que algo es real si es matematizable. Y viceversa, si algo no es matematizable (nuestras sensaciones, gustos y emociones por ejemplo) no es plenamente real, pues depende de un sujeto (de cada uno de nosotros) para existir. En cambio, la existencia de la masa o las dimensiones de un cuerpo no depende de ningún sujeto que las observe sino que existen por sí mismas. Estas últimas son propiedades primarias de los seres, mientras que aquellas son propiedades secundarias.

Determinismo / indeterminismo

En la cosmovisión moderna, impulsada por los sucesivos descubrimientos astronómicos y físicos que confirman la aplicabilidad de las matemáticas a todo el universo, las vieja idea del fatalismo (el futuro está escrito por los dioses y los hombres no lo pueden cambiar) se transforma en la nueva idea del determinismo:

• Los sucesos futuros están definidos completamente por los sucesos presentes. O dicho de otra manera, para cada estado presente de un cuerpo o sistema de cuerpos, hay un único estado futuro. No son posibles varios resultados futuros para unas mismas condiciones iniciales.

• Si existe un momento inicial del universo (por ejemplo, un Big Bang) hay una única secuencia que encadena todos los instantes futuros.

La tesis del determinismo es una tesis metafísica, pues afirma algo respecto a cómo cambia la realidad. Afirma que cada estado de la realidad está vinculado estrictamente (mediante leyes necesarias) a sus estados vecinos en el tiempo (pasado y futuro). En el determinismo científico, son leyes impersonales las que toman el lugar de los caprichos de los dioses. 

La tesis contraria al determinismo es el indeterminismo:

• Indeterminismo: el estado futuro de la realidad no depende exclusivamente de su estado presente. Hay varios futuros posibles para un mismo presente. Distintos estados futuros (distintos efectos) pueden surgir de un mismo estado presente (mismas causas).

Predecibilidad / impredecibilidad

Si en lugar de hablar sobre la realidad hablamos sobre nuestro conocimiento de la realidad, entonces nos podemos preguntar ¿es posible predecir el futuro a partir del presente? ¿es la realidad predecible? Si aceptamos que:

1. Los seres humanos podemos conocer todas las leyes que describen la evolución temporal del universo (o al menos de una parte de él).

2. Los seres humanos podemos conocer perfecta y exhaustivamente el estado del universo (o de una parte) en un momento dado del tiempo.

3. Los seres humanos podemos aplicar con rapidez suficiente las leyes a las condiciones que describen el universo (o al menos una parte del mismo).

Entonces, los seres humanos podemos conocer el estado futuro del universo (o de una parte del mismo) antes de que ese estado se haga presente. Los seres humanos podemos predecir el futuro. 

La tesis contraria es la impredecibilidad: nuestro conocimiento de la realidad es limitado o imperfecto porque:

• • No conocemos todas las leyes que la gobiernan.

  • No conocemos completamente su estado presente.

  • La complejidad de los cálculos hacen imposible conocer los resultados antes de que nuestra predicción se haga realidad.

Basta con que suceda una de estas tres circunstancias para que no podamos predecir el futuro, para que no podamos conocer plenamente el futuro antes de que suceda. La impredecibilidad tiene su origen en nuestra falta de conocimiento. Y esta ausencia de conocimiento puede ser:

• Temporal o transitoria. No podemos predecir hoy, pero quizá sí podamos predecir mañana. El descubrimiento de nuevas leyes científicas, un mejor conocimiento del estado inicial o mayores capacidades de cálculo pueden lograr que lo que hoy es impredecible mañana sea predecible.

• Permanente o absoluta. No hay esperanza de lograr aumentar nuestro conocimiento cuando:

  • Las leyes son conocidas, pero ellas mismas no permiten extraer predicciones precisas pues son leyes estadísticas o probabilísticas: calculan probabilidades de sucesos futuros pero no resultados ciertos. Quizá las leyes del universo sean probabilísticas y no deterministas: una causa tiene un efecto en algunas ocasiones (quizá en muchas o muchísimas) pero no en todas (hay una probabilidad mayor que cero de que no se produzca el efecto). 

  • La observación altera o distorsiona los datos que necesitamos para aplicar las leyes. Y sin esa observación, es imposible predecir con exactitud los resultados.

  • La complejidad es de tal grado que no hay posibilidad de que ningún ordenador futuro sea capaz de calcular con rapidez suficiente los resultados.

En la cosmovisión moderna, científicos y filósofos, guiados por los éxitos de las nuevas física y la astronomía, piensan el universo como totalmente determinado: un único futuro sigue inexorablemente al presente. Además, confían en que el avance de nuestros conocimientos nos permitan predecir cada vez mejor su comportamiento.

La cosmovisión contemporánea pondrá en duda ambas ideas: quizá algunos fenómenos del universo sean indeterminados y otros, aunque determinados, sean impredecibles debido a su complejidad.

Newton

El mecanicismo cartesiano (y en general toda la filosofía de Descartes) tuvo una gran influencia en el siglo XVII y siguientes. Sin embargo, la cosmovisión propuesta por Descartes era incompleta en un punto central: ¿por qué planetas y satélites seguían órbitas elípticas (curvas) y no trayectorias rectas, como dicta el principio de inercia? ¿Qué hace orbitar a los planetas alrededor del Sol y a los satélites alrededor de los planetas? ¿Por qué no siguen unos y otros trayectorias rectilíneas y a velocidad constante?

Isaac Newton propuso que todos los cuerpos (masas) del universo ejercen una fuerza de atracción sobre el resto de cuerpos del universo. En la cosmovisión aristotélica, los cuerpos compuestos de tierra o agua son llamados graves, poseen la propiedad intrínseca de moverse hacia abajo, hacia el centro de la Tierra, que coincide con el centro del universo. Newton, liberado ya de la teoría de que hay distintos tipos de materias, propuso que todos los cuerpos, celestes y terrestres, siendo seres materiales, tenían una cantidad de masa y ésta masa era el origen de la fuerza atractiva que llamamos gravedad.

Para hacer de esta idea una teoría científica acorde a su tiempo, Newton hizo tres cosas fundamentales:

1. Definió matemáticamente que entendía por fuerza. F = m·a. Decir que un cuerpo de masa m recibe la acción de una fuerza F equivale a decir (se define como) que la velocidad de ese cuerpo se ve alterada (acelerada o declarada) por una cantidad a.

2. Cuantificó la fuerza que ejerce una masa cualquiera sobre otra (y viceversa, pues ambas masas ejercen fuerza): Dadas las masas de los dos cuerpos (que podemos pesar) y la distancia entre ellos (que podemos medir), la fuerza que ejercen uno sobre otro (y viceversa) es igual al producto de las masas dividido por el cuadrado de la distancia que las separa.

3. Demostró matemáticamente que el efecto de recibir dicha fuerza por los planetas por parte del Sol y por la Luna por parte de la Tierra, era la curvatura de una inicial trayectoria rectilínea. Con ello quedaba respondida la pregunta por la causa de la violación del principio de inercia: la trayectoria recta es alterada por la acción permanente de la fuerza de la gravedad.

4. Derivó la ecuación de caída de graves (v = g·t) en la superficie de la Tierra de la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre los cuerpos que están en su superficie. De este modo, quedó definitivamente establecido que los cielos y la tierra están regidos por las mismas leyes.

5. Puso las bases del cálculo infinitesimal, necesario para calcular las trayectorias planetarias y una solución a las paradojas de Zenón: la suma de infinitas cantidades puede resultar en un valor infinito. 

Con la incorporación de la fuerza como un principio básico de la realidad, la cosmovisión mecanicista considera que toda la realidad puede reducirse a cuatro principios:

1. Masa

2. Espacio

3. Movimiento

4. Fuerza gravitatoria

Siglo XIX

En el siglo XIX, J.C. Maxwell formalizó matemáticamente las fuerzas eléctricas y magnéticas, explicando estas fuerzas con el nuevo concepto de campo de fuerza:

También en el siglo XIX, Charles Darwin encontró una explicación natural (sin necesidad de intervención sobrenatural) al origen de todas la especies vivas, incluida la especie humana. Su teoría de la evolución explica multitud de hechos que hasta entonces sólo se explicaban apelando a la voluntad divina:

• ¿Por qué hay especies tan parecidas unas a otras? Es realmente difícil encontrar una especie sin que haya otras muy similares a ella. En particular, ¿por qué hay especies de primates tan parecidas a la especie humana?

• ¿Por qué hay una organización jerárquica de las especies? ¿Por qué las especies se agrupan en géneros, éstos en familias, éstas en órdenes, éstos en clases, las clases en divisiones (filums) y éstas en reinos?

• ¿Por qué cada especie muestra rasgos bien adaptados a su medio ambiente?

• ¿Qué son los fósiles? Si, como parece, son restos de seres vivos, ¿por qué muchos de ellos son tan parecidos (pero no iguales) a los seres vivos actuales? ¿Y por qué no hay seres vivos idénticos a ellos en la actualidad?

Estas y muchas otras cuestiones fundamentales de la biología pueden responderse con la teoría de Darwin, que al explicar los seres vivos mediante causas naturales, ayudó a borrar la diferencia entre los seres vivos y los inertes y en particular entre el hombre y el resto de especies animales como anteriormente Newton había eliminado definitivamente la diferencia entre los mundos celeste y terrestre.