Prociencia I. Modulo 1

 

  ensami nto ientífico

Guillermo

oido

Eduardo H Flichman

Jorge Yagüe y colaboradores

PRO CIENCIR

onicet

Programa de perfeccionamiento docente

 

I n t ervinieron en la e l aborac ión e im p lementación del presente curso: Leopoldo Vareta Director de Procienci a), Gregario Klimovsky Dire c t o r Científico), Guillermo oido Director Ej ecutivo ), Eduard Eduardo o H Flichman Coordinador). El diseño, la supervisión general y la selección de c o laborador es de Pensamiento científico fue realizado por Guillermo Boido . Ed u ardo H . Flichman colaboró e n la supervisión general. Las labores de procesami ento , corrección de pruebas y supervi edición ión de la Estructura estuvo a sión de compaginación y edic cargo de Andrea Pacífico Jorge Y agüe.

Particip ar o n en la preparación de éste volumen: Jorge Noccelli Fotografía) , Pabl Pablo o Barragán Bar ragán Di seño de tapa) y Estudio I d ea Composición ti p ográfica y armado). La edición estuvo al cuidado de José País .

Primera Estructura Introducc ión. Autor y reda c t o r : Guillermo Boido. Módulo l . Autor : Guillermo Boido con aportes de Eduardo H. Flichman . Preparación y redacción d e l material : Horacio Arló Costa, Guillermo Boido, Andrea Pacífi co y Jorge Y agüe. Redacción final: Guillermo Boido. · Módulo 2 Autor: Guillermo Boido. Pr eparac eparación ión y re d ac ción del material: Horacio Arló Costa, Guillermo Boid o y Graciela Domenech. Reda cc ió n f inal: Guille Guill e rmo Boido. Módulo 3 Autor: Eduardo H. Flichman. Preparación y re dacción del material: Guillermo Boido, Eduardo H. Flichrnan Andrea Pacífico y Jorge Y agüe. Redacción Final: Andrea Pa Cífico y Jorg e Y agüe. Colaboró e n el proc es amiento: Leon ar d o Varela. Módulo 4 Autor: Eduard o H. Flichm an, salvo el tema El fundamento teórico de la tecnología científica de Guillermo Boido. Preparación y redac ci ció ó n del material : Guillermo Boí Pacífico co y Jorge Yagüe. do, Eduard o H. Flichman, Andrea Pacífi Redacción final: Andrea Pacífico y Jorge Yagüe . Módulo 5 Autores: Guill Guillee rmo Boido y Jorge Yagüe. Prep a  ración y re d ac c ión qel m a t er i a l: Guillermo Boido, Andrea Pa cífico Jorge Y agüe. Redacción final: Andrea Pacífico Jorge Y agüe.

© 1988 CONICET, Consejo Nacional de Investigaciones CONICET, Cienúficas y Técnica Técnicass, Avda. Callao 930, Buenos Aires, Argenrina, tel teléfono éfono 41-8572. Queda Queda hecho el de pósito que dispo dispon n e la ley 11723 Ubro impreso y realiza ealizado do en la Argentina. ISBN 950-692-003 -6

 

ÍNDICE GENER L

Módulo 1

caso histórico a modo de introducción 1 5 ¿Por qué iniciamos n u e stro curso con el estudio d e un caso histórico ?   15 n

El surgimiento de una teoría, 1 8 Una perplejidad histórica, 1 8 El mundo sin vacío, 21 Los mecanicistas del siglo XVII y e l desafío de la técnica, 22 La conjetura de Galileo 2 3 La teoría del ma r de aire , 25 Pero, ¿qué es una teoría?, 29 Regreso a la historia, 31 Ciencia antigua y ciencia moderna: primeras reflexiones 32 Sociedad y técnica en tiempos de Torricelli 3 4 E l orden feudal, 35 El surgimiento del capitalismo y la revolución tecnológica europea, 36 Revolución El XVII yde albores de laes: 38 siglo losinvestigacion andanada investigaciones: la creaciónIndustrial, d e la neumática   41 Una La prehistoria d e la máquina de vapor, 43 Primeras enseñanzas de u n caso histórico: las complejidades del Gato, 46 N o se pierda el próximo episodio 48

Módulo 2

a revolución copernicana 4 9 Introducción, 49 L as cosmologías precientíficas, 5 0 El gnomon e n la Argentina, 51 El surgimiento de las primeras cosmologías científicas 5 4 Las primeras teorías astronómicas, 56 El problema de los planeta s 6 0 La cosmología aristotélica 62 La astronomía ptolemaica, 6 6 Un poco de historia, 71 Interludio: Tres tradiciones científicas, 7 6 L a tradición organicista o aristotélica, 77 La tradición mística o neoplatónica, 78 La tradición mecanicista 7 9

Coda,79 La ruptura copernicana, 8 0 La astronomía y la cosmología que heredó Copérnico, 8 1 El sistema planetario c o p ~ r n i c a n o 83

Los herederos de Copérnico, 85 Las e ta pas de la revolució revolución n cie ntífica, 8 6 Tico Brahe (1546-1601), 88 Johannes Kepler (1571-1630), 8 9 Galileo Galilei (1564-1642), 9 4

La cosmología de Isaac Newton, 99 El surgimiento del método experimental, 101 No se pierda e l próximo episodio, 103

 

Recuadros Aristóteles, 63 Ptolomeo, 69 La ciencia y la Iglesia Católica, Católic a, 7 4 Copérnico, 8 2 Kep ler, 90 El caso Galileo, Galileo , 95 Módulo 3 Primer Pri meras as reflexio re flexiones nes sobre Introducción, 105

l s

teor as cient ficas ( ), 105

Observables, 105 La demarcación entre lo observable y lo n o observable, 107 De la observación a las l as leyes empíricas, 109 La inducción en sentido estrecho, 109 El problema de las hipótesis subyacentes, 110 La inducción estrecha debilitada, 112 El método hipot é t ico deductivo, 118 El método hipoté tico deductivo para las leye le ye s empíricas, 118 El método hipot ético deductivo ded uctivo para las leyes teóric as as,, 119 Reglas de de correspondencia, correspo ndencia, 121 Metodologíaa y creatividad, 123 Metodologí Teo Te or ías , 126 La confirmación de hipótesis y la inducción en sentido amplio amplio,, 127 Contextos de descubrimiento y de justificación justificación,, 129 Recordatorios, 129 o se pierda el próximo episodio, 131 Recuadros Observación, experiment a ción y medición, 110 El empirismo, el positivismo positivismo y el neopositivismo, 112 El círculo de i e na y la e scuela de Berlín, U 7 ¿Cómo evolucionó el positivismo lógico?, 121 Un poco de lógica lógica,, 124 Módulo 4 Primeras reflexiones sobre l s teorías científicas II), 133 Explicación y predicción, 133 El falsacionismo, 136 Crític as al falsacionismo, falsacionismo, 139 Reorganizando a Torricelli, 144 Lo observable y el contexto, 147 Pero, ¿qué es el método científico?, 148 El fundamento teórico de la tecnología científica, 149 ¿Técnica o tecnología?, 149 Ciencia básica, ciencia aplicada, tecnología, 150 Reglas técnicas, 151 El fundamento teórico de una regla técnica, 152 Valores, 154 No se pierda el próximo episodio, 157

 

Recuadros Hipótesis Hipótes is rivales y experimentos cruciales 135 Sobre las hipótes hipótesis is auxiliares 141 Leyes naturales vs. reglas convencionales 143 Las hipótesis ad-hoc 144 Módulo 5 Técnicas sociedad hast hasta a el sig siglo lo XV XVII II

Introducción 159 El paleolítico 159

159

Los primeros instrumentos 160 El fuego 164 El lenguaje 164 Las variables en el progreso técnico 165 La organización social 166 La primera gran revolución tecnológica 167 Nacimiento de la agricultura 167 De la aldea a la ciudad 168 Técnicas para la administración 172 Técnica y civilización 17 5 Griegos y romanos 176 La Edad Media 178 El resurgir de las técnicas 179 La agricultura 180 La energía hidráulica 181 El transporte 182 El control del tiempo 183 La democratización del saber 183 Hacia la Modernidad 184 Los límites de la expa nsión medi medieval eval 184 El nacimiento de la ciencia experimental 185 Interacción entre la ciencia y la técnica 186 Hacia la revolución industrial 188 De la estructura I a la Estructura II 191 No se pierda el próximo episodio 193

Recuadros El hombre del paleolítico 162 Tres árboles genealógicos 163 Las glaciaciones 166 Clave de Respuestas 195 Bibliografía 107

 

ALGUNAS SUGERENCIAS PREVIAS DE LA SABIDURIA Y LAS PROPIEDADES DEL GATO DE CHESHIRE E n el capítulo VI de Alicia en el país de las maravillas el enigmático Gato de Che lleg egarás shiree dice a la protagonista: A alguna parte ll shir arás con sólo caminar bastante. Esta re comendación, que Lewis Carroll pone en boca del Gato, bien podría servir de sugerencia básica para que usted pueda afrontar este curso con eficacia. El caminar bastante requie re esfuerzo y p e rseverancia pero cre creee mos que si dispone de ellos podrá llegar a lograr una comprensión más profunda de ese fenóm eno de extrema complejidad qu e llamamos

ciencia.. ciencia

Quizá conozca usted otros cursos qu e dicta e l programa de educación a distancia PROCIENCIA tales como los de Matemática Física Química o Biología. Biología. E n estos casos se t ra t a de ofrecer a nuestros colegas elementos que sirvan para lograr u n a enseñanza más eficaz en cada una de las áreas particulares de la docencia en ciencias. Están dirigidos a quienes ejercen la enseñanza en el aula y desde luego poseen un conocimiento básico especializado que les permite dictar su m at e ria. Pero El pensamiento científico no se co rresponde con ninguna de ellas. ¿Cuál es e ntonces la finalidad que prete nd ndee mos asignar le a este curso destinado a docentes d e div diversas ersas especialidades? es pecialidades? Para comprender este punto, piense en el objetivo que podría tener un curso de di dáctica general. Seguramente usted acordará con nosotros en la utilidad del mismo, pues hay una estrec ha conjunción entre los cont en idos a presentar al alumno y los medios di Pero eados usted enseñe dácticos e mpl mp l . ello anola significa nseña didáctica hacerlo : usted em o biología si bien el recurso didácticaque seguramente le permitirá ejor. física E n el mismo se ntido, este curso pretente motivar la reflexión acerca de cuestiones que afectan a (y son afectadas por) la ciencia en la búsqueda de una comprensión in tegra egrall d e ésta. Se funda en la lec tura crítica y la refl ex ión p erso nal del lector   tarea ardua ante la cual es conveniente recordar constantemente la r ec omendación del Gato. Aquí le ofrecemos algunas sugerencias para facilitar la caminata:

-  Lea Le a con detenimiento. Es aconsejable leer en primer lugar de un modo superfi cial y con rapidez pero a condición de volver Juego atrás y d e t e ne rse e n el texto e l tiempo necesario. Para ello fragmente la lectura, por ejemplo en parágrafos o bien entre una actividad y la siguiente. - Anote dudas y objeciones: podrá plantearlas por escrito. Haga resúmenes y cua dros sinópticos. haberlas as Las actividades son nuestro vehículo de diálogo. o siga leye ndo hasta haberl realizado o al menos hasta haberlo intentado. Aunque ellas merecen comentarios o respuestas en la clave de corrección n o se apresure en consultarla . Hay lectores de novelas policiales que saltan a las páginas finales y así se enteran de quién es el asesino pero n o se entiende muy bien qué clase de gratificación obtienen. Vencer dificultades por cuenta propia es insustituible.

 

10

- Si le es po posi sibl blee es estud tudie ie en grupo con otros colegas. Aunque este curso no presu pone excesivos conocimientos previos previos··  hallará en él elementos de matemática fí sica química biolo gía ciencias soci sociales ales histo ria y filosofí a. Por tanto cuanto más multidisci plinario sea el grupo mejo r. Usted s hallará en ventaja en cuanto al conocimiento de ciertos temas pero ignorará otro s. Si trab aja en u n grupo mul tidisciplinario podrá enseñar a otros   y a la vez vez ap r enderá de e llos. Lo más acon sejable es realizar un a primera lectura individual y luego intercambiar opiniones con e l resto en reuniones periódicas. Y si no puede reunir un grupo de esas ca racterísticas   no vacil vacilee en . consultar con colegas de d e especialidades distintas a la suya: quizá sea ése el origen de un grupo de e studio aunqu e n o t o d o s sus miem bros sean cursantes de d e l pensamiento científico En el p a ís de las mara maravill villas as el Gato de Lewis Carroll posee la curiosa propiedad de desaparecer si sin n que haga lo propio su sonrisa. sonrisa. Pero en el mundo real de la educación cien tífica una sonrisa sin Gato no es Gato en absoluto: tal es quizá u n modo adecuado de ilustrar cierta versión de la ciencia asépti ca y sin vida que muchas veces se enseña o se describee en los libros de te x to. Confiamos en poder presentarle a usted al Gato de carne describ y hueso aunque debamos para ello juntos caminar bastante.

 

INTRODUCCIÓN

LA

r

Ji

IMPOSIBILIDAD DE

DEFINIR AL

GATO

Nada mejor para un curso que tratará acerca de la ciencia, podrá pensar usel inicio una definición clara y precisa de qué entendemos cuando ted, que ofrecer desde iniciar nos referimos a ella. D e hecho, muchos libros de texto sobre ciencias particulares lo hacen, u ofrecen una breve descripción de lo que el autor considera es e l método científico . Pero esto es engañoso. De ser posible acordar el significado de términos tales como ciencias o método científico este curso carecería de sentido. Puesto que sus auto res han decidido diseñarlo, se desprende que no creen que tales definiciones sean, al menos enprincipio, demasiado útiles. E n efecto, en distintos momentos históricos y aun hoy, entre distintos grupos de personas, la pregunta ¿qué es la ciencia? recibirá distintas respuesta respuestas. s. La nuestra es te curso. Desde ya aclaramos que nuestro propósito n o será agregar una definición más a la que existen, sino mostrar cuánta complejidad hay en esa empresa humana que llamamos, de modo impreciso en la mayor parte de los casos, ciencia. Pero empecemos por ofrecer ejemplos de la diversidad de significados que suelen atribuirse al término. El más usual, al menos en los libros de enseñanza media, se refiere como un conjunto acumulativo de conocimientos obtenidos a partir de un amétodo. la ciencia (La definición puede presentarse en lenguaje más preciso y detallado, pero ello no nos interesa por el momento.) Aquí es tentador señalar las etapas del método científico -observación, medición, formulación de hipótesis, e t c . - y luego concluir que la ciencia es conocimiento acorde con dicho método . Lamentablemente las concepciones del dichoso método científico son muy disímiles y originan furiosas polémicas entre los especialistas. L a palabra método significa camino pero n o parece plausible reducir el método a un conjunto de recetas infalibles para la resolución de problemas científicos. Como se h a señalado alguna al guna vez, la investigación científica dispone a lo sumo de una brújula, y el camino se hace al andar . Si ello puede afirmarse de ciencias naturales tales como la física, la química o la biología, con mayor razón se presentarán dificultades e n el caso de las ciencias sociales. El científico social se ocupa de estudiar el comportamiento de las sociedades humanas en cuanto, por ejemplo, a sus creaciones culturales, sus modos de producción económica o de conducción política. El problema del método adquiere aquí una enorme complejidad, pues los científicos sociales estudian su sociedad (u otras sin poder eludir los patrones que esa sociedad a la que pertenecen- les h a inculcado. (¿Es posible estudiar una sociedad esquimal empleando patrones característicos de las sociedades europeas?

 

12

¿Qué dificultades metodológicas específicas encontraría un investigador de la Universi dad de Bratislava para realizar u n estudio sociológico del arrabal porteño?) No es de ex trañar que la mayoría de los científicos sociales cuestionen la existencia de u método científico, e n particular cuando se pretende que el estudio de la conducta humana o del accionar de las sociedades debe realizarse por procedimientos semejantes a los que em  plean el físico o el químico, es decir, los científicos de la naturaleza. Pero, si admitimos la existencia de estos debates acerca de los cuales se realizan congresos internacionales y se escriben tesis doctorales, parece un tanto abusivo identificar a la ciencia con u n méto do, al menos hasta tanto n o se indague lo suficiente acerca de este último. (Por ejemplo: ¿qué es lo que hacen los científicos cuando dicen estar aplicando el método científico?) Otro significado que se asigna a veces a la palabra ciencia tiene una connotación cultural o filosófica. Ello es así porque la ciencia es una fuente incesante de nuevas ideas que afectan las concepciones elaboradas por los filósofos acerca de la realidad física y so cial. E n muchos casos, la frontera entre ciencia y filosofía dista de ser clara. Descartes, Leibniz y Kant fueron a u n tiempo científicos y filósofos; Galileo y Einstein reclamaban para s í el ser considerados filósofos antes JUe físicos. Las polémicas acerca del espacio, el tiempo y la materia se remontan por lo menos a veinticinco siglos atrás, pero ninguna discusión actual entre filósofos que se ocupan de esos temas puede ignorar la obra de Einstein y tantos otros científicos modernos. E l pensamiento filosófico de la antigüe dad quiso fundamentar la condición natural del esclavo o de la mujer asignándoles una inferioridad innata, pero la ciencia moderna ha mostrado la falacia de tales justificacio nes. Por lo demás, el impacto científico sobre las visiones tradicionales del mundo ha vuel t o anticuada la noción de que el término cultura alude solamente a un conjunto de ideas o creencias filosóficas, realizaciones artísticas o jurídicas, historia y literatura. La ciencia y la tecnología modernas pertenecen hoy al núcleo más dinámico de la cultura humana, y la escisión entre ciencias y humanidades no sólo es falaz sino también perniciosa. Pero aun cuando reconozcamos la gravitación de las ideas científicas sobre la filosofía y su pertenencia a una cultura humana que es única y n o puede ser escindida, está claro que la ciencia NO es filosofía y que la búsqueda científica difiere de la compo sición musical o de la escritura de u n poema. Un tercer significado de la palabra ciencia , quizá el más difundido, la identifica con la tecnología, e inclusive con la producción industrial. E n ciertos suplementos cien tíficos de los periódicos sólo encontramos noticias acerca de una nueva técnica para re detallesdestinada neumáticos de computación, capar o losempresa de u n nuevo o bien del inicio fabricación de actividades de una a la lenguaje masiva de videograbadores. La confusión, a nuestro entender, es perjudicial, si bien se explica porque la estrecha sim biosis ciencia-tecnología-industria es el motor del aparato productivo de las sociedades modernas. Un ejemplo del malentendido lo constituye la habitual afirmación de que tal o -cual técnica quirúrgica reciente o nuevo medicamento, o automóvil, o detergente, o nave espacial) constituye u n logro de la ciencia . Sin duda, se trata de realizaciones que han tenido s u fund mento e n la investigación científica pero, que e n s í mismas, n o cons tituyen aportes al conocimiento científico. Para colmo de males (o, si usted prefiere, para mayor riqueza temática de reflexión) los efectos sociales de estos malentendidos distan de ser inofensivo inofensivos. s. Se identifica a la ciencia, por una parte, con la obtención de drogas milagrosas o con el logro de portento sas hazañas espaciales. E l adjetivo científico confiere prestigio y seriedad. Se habla de la ciencia de la belleza o de procedimientos científicos para aprender a conducir au au tomóviles o confeccionar horóscopos. Se respeta a la ciencia porque (en esta visión po 

pular de la misma) es fuente de confort y bienestar. Se la puede considerar, incluso, co mo el único recurso para resolver, con tiempo y perseverancia, problemas acuciantes que afectan a la especie humana: -

 

o

13

Nombrenme cualquier problema del mundo y yo le puedo decir que, aunque es po sible que la ciencia y la tecnología no puedan resolverlo, ninguna otra cosa podrá

resolverlo.(*)

tiempo, Pero al y coexistiendo con esta ante visión o deificada de la .ciencia, se mismo encuentra difundido un temor concreto sus angélica realizaciones o las perspec tivas tiv as que derivan de ella. ella. Se la identifica con guerra y bomb as nucleares, masificación del individuo, contaminación ambiental, manipulació manipulación n genéti genética ca sin control ético: tal es la visión demoníaca de la ciencia. Compárese la cita anterior con ésta:

Ciencia y máquina se fueron alejando hacia u n olimpo matemático, dejando solo y desamparado al hombre que les había dado vida. Triángulos y acero, logaritmos y electricidad, sinusoides y energía atómica, extrañamente unidos a las formas más misteriosas y demoníacas del dinero, constituyeron finalmente el Gran Engranaje, del que los seres humanos acabaron por ser oscuras e impotentes piezas.(**) Sería apresurado intentar un juicio acerca acerca de la concep ción de la ciencia que sustén t a cada uno de estos autores a partir de tan bre breves ves fragmentos , extraídos de su contexto. Tampoco pretendem pretendemos os que usted, en este momento, tome partido por uno u otro. Sólo hemos querido poner de manifiesto dos conclusiones diametralmente opuestas, obteni das por dos pensadores dedicados a la reflexión aceréa de u n mismo y controvertido te ma: el impacto socia sociall de la ciencia y de la tecnblogía. Nuestra opinión es que la ciencia no puede ser convertida en fetiche, ángel o demo nio: debe ser comprendida en toda su complejidad. Y este curso pretende ser una modes t a contribución al logro de ese objetivo, esencialmente educativo. Quisiéramos que, al adquirir usted una visión de la ciencia y la tecnología más acorde con la actividad real y concreta del investigador, del conocimiento científico mismo y de sus proyecciones his tóricas y sociales, lograse traducirla a una actitud diferente ante la disciplina particular que enseña y ante la modalidad de enseñarla. ¿Existen recetas para ello? Creemos que no. Pensamos que la cuestión n o se agota con la inclusión de fragmentos de historia de la ciencia o de metodología científica en el curso que usted dicta, o adicionando secciones

al programa habitual de la materia. No estamos diciendo que tales agregados sean en s í mismos perjudicial perjudiciales. es. Por el con trario, realizar comentarios o proponer algunas actividades de carácter histórico o meto dológico, convenientemente adapt adas al nivel nivel de los alumnos, puede agilizar una clase y volverla más motivadora. Pero ello no servirá de mucho si el docente adhiere a una con cepción estrecha y estática de la ciencia, en la cual los agregados históricos o metodoló gicos podrán operar a lo sumo a manera de accesorios o adornos , sin gravitar sobre la imagen global que, a nuestro entender, debería ser transmitida al alumno. _¡ ¿Cuál es su caso particular? ¿Cuál es su actual concepción de la ciencia y la tecno logía? No podemos saberlo de antemano. Puesto que se ha interesado en nuestro curso, presuponemos que ha advertido algunas carencias en su formación docente que le impi den abordar con solvencia cuestiones históricas, metodológicas o sociales que habitual mente no son tratadas e n los libros de texto ni contempladas en los programas de estu dio. E n tal caso, confiamos e n que nuestra propuesta dé sus frutos y le ayude a mejorar la calidad de su enseñanza. Si, por el contrari o, desc ubre al finalizar finalizar el curso que y a com partía con nosotros una visió visión n má s amplia e integral de la ciencia y la tecnología, lamenad

ho

(*) Asimov, 1

El mejor paso atrás , en El planeta que no estaba Buenos Aires, Adiax, 1980.

engranaje anajes. s. Buenos Aires, EME CE, 1979. ( '*) Sabato, E, Homb res y engr

 

14

lo--tendremos taremos no haberle sido de utilidad si bien prometemos que, en el futuro, lo en cuenta en caiid caiidad ad de colaborador. Hemos dicho al comienzo que trataremos de dar una respuesta a la pregunta ¿qué es la ciencia? por medio d e este curso. Pero, podrá preguntarse, ¿por donde comenzar? ciencia confluyen a un tiempo una actividad que procura conocer el Si e n el tériilino de comportamiento la naturaleza o de la sociedad, si brinda fundamento a la tecnología, si origina concepciones del mundo que afE ctan a la filosofía y la cultúra, si involucra fac tores soci sociales ales y económic os .. ¿cóm o abarcar tanta complejidad? En principio, cada uno de esos aspectos podría ser tratado por separado, pero no sin antes ponerlos de manifies t o en el caso de una investigación real, llevada a cabo en un momento histórico determi nado. Eso es lo que haremos. El primer módulo de esta estructura está destinado a mos trar las complejidades de una investi investigación gación que tuvo lugar hace tres siglo sigloss y m edio. Con fiamos en que, al cabo de su lectura, le resultará a usted claro el diseño que h a guiado la

elaboración de este curso.

 

MÓDULO U N C SO HISTÓRICO A

MODO DE INTRODUCCIÓN

¿POR QUE INICIAMOS NUESTRO CURSO CON EL ESTUDIO DE U CASO HISTORICO ? J

Nuestro curso comienza, efectivamente, con el análisis de un episo episodio dio histórico conoc ido, ocurrido a mediados del siglo XVII en Italia. Quizá pueda muy conocido, sorprenderle la elección. Un caso histórico protagonizado por científicos que vivie vivi e ron hace tres siglos y inedia, ¿no será u n tanto anticuado p ar a comprender la ciencia de nuestra época? Bien, la pregunta es atingente, pero la respuesta sencilla: se trata de la misma ciencia ciencia.. Pero, ¿acaso la ciencia moderna no trata con reacciones nucleares, códigos genéticos o agujeros negros, todo ello ignorado por los científ icos del siglo siglo XVII? Es verdad, pero aquí es necesario discriminar entre ciencia moderna y ciencia reciente. Galileo o Newton, que vivieron en el siglo XVII, procedieron, en su abordaje de los proble mas científicos de su época, de un modo similar al que lo hace un físico actual. Fueron c ientíficos modernos, y el físico de nuestros días se siente como en su casa cuando lee (si es que lee) alguna Ma-página de los Diálogos acerca de dos nuevas ciencias de Galileo, o de los Principia Ma th m ti c a de Newton. Los reconoce como a uno de los suyos, como a u n colega, aunque el texto trate del movimiento de proyectiles y no de quarks o de superconductores. Y se siente muy a gusto (muy moderno) cuando expone en una clase o conferencia algún aspecto la obra esos grandes científicos fundacionales. La de con los orígenes d e la ciencia moderna ventaja dede escoger u n episodio vinculado es que, a grandes rasgos, las complejidades de la investigación no se acentúan por el desconocimiento que podamos tener de sus aspectos técnicos . Sería tentador analizar el surgimiento de la teoría de la Relatividad o la de la transmisión hereditaria por medio de un código genético, pero, ¿cuánta física o biología deberíamos presuponer de todos nuestros lectores? El episodio elegido trata, en cambio, con ideas que hoy (aunque n o entonces) resultan familiares, y con experi riee ncias de laboratorio que pueden repetirse con un instrumental muy sencillo. Tiene en común con la obra de Einstein o cualquier otro científico actual de nota la originalidad y el genio, un patrón común en cuanto a la metodología para dar respuesta a u n problema y ofrecer fundamento a dicha respuesta. Pero, además, el período histórico en el cual transcurre nuestro caso real de inves tigación científica tiene para nosotros particular interés, pues cabe hallar allí, en la Europa del siglo XVII, los orígenes de un modo de existencia socioec onómica y política que acabará, con el tiempo, por ser el nuestro. Su incidencia en el desarrollo posterior de la ciencia y de la tecnología ha sidode decisiva. L a elección un caso histórico tiene además interés estrictamente educativo. El carácter ahistórico que suele tener la enseñanza de la ciencia es pernicioso, porque:

 

16 O Módulo 1

... se corre el riesgo de ofrecer una imagen desnaturalizada del quehacer cientítico y ... de la ciencia misma, conocimiento provisional, evolutivo, dinámico, autocrítico y auto correctivo. El libro de texto y el docente, salvo excepciones muy contadas, presentan los conceptos, operaciones y leyes científicas al modo de un aséptico, neutro y objetivo informe de las actuales revistas especializadas: sabrá Dios de qué gale·ra salió el conejo. En verdad, sólo puede comprenderse el significado de una investigación si se la entiende como compleja intersección de creencias filosóficas e ideológicas, de pasiones y motivaciones personales, personales , de aciertos y errores, de obstáculos y tentativas fallidas, en un marco sociopolítico que promueve o inhibe la tarea del científico y de su comunidad, que origina la polémica o el conflicto, y aun puede llegar a poner en peligro la integridad de quienes, significativamente, fueron llamados hombres de ciencia hasta tiempos recientes.(*) Ahora bien, ¿de q11é episodio histórico se trata? En 1643, un año después de la genera erales les muerte de Galileo, su discípulo Evangelista Torricelli concibió los l ineamientos gen de una teor a capaz de explicar ciertos fenómenos que por entonces intrigaban a los científicos. Para extraer agua de las galerías de las minas, los mineros empleaban bombas no muy diferentes de las que hoy se encuentran todavía en uso en el ámbito rural. Se podía explicar por qué u n émbolo, al ser tí:accionado hacia arriba, eleva el agua, y por qué luego, al ser empujado hacia abajo, el agua es expelida por un tilbo de salida. Sin embargo, pretendía por encima de unos diez tales bombas el agua metros. Tal eranoel operaban problema,cuando al cual se Torricelli dio elevar respuesta. respuesta . Quizá usted nunca haya oído hablar del asunto, o sólo lo recuerde vagamente. Si enseña o ha enseñado física, le resultará familiar. E n cualquier caso, expondremos la cuestión en detalle. Confiamos en que, aun cuando usted domine a la perfección Jos elementos técnicos del caso, habrá mucho de novedoso en cuanto nos internemos en los matices específicos de la investigación real de Torricelli y sus contemporáneos. Comenzaremos, pues, por el principio: el problema que motiva la investigación. Pero antes le sugerimos que realice una sencilla actividad, fundada en su propia experiencia docente.

ACTIVIDAD

l

Considere algunos algunos de los aporte s al conocimiento científico que fuero n realiza realiza-dos en algún momento histórico determinado y que hoy han pasado a formar porletanto, en acuerdo pru·te de los progralllas de enseñanza y, que están los correspondientes libros de texto. Escoja el resulte más incluidos familiar, de con la disciplina que dicta. (Por ejemplo, los de Torricelli y Pascal en física; los de Dalton y Avogadro en química; los de Darwin en biología; los los de Euclides en matemática.) ¿Cómo son expuestos habitualmente en los libros de texto? ¿Incluyen tales exposiciones algunos elementos contextuales como los que menciona la cita anterior? Dicho de otro modo: ¿cree usted que tal modalidad de exposición contribuye a ofrecer l alumno una visión acertada de lo que es (o ha sido) una investigación? Redacte para s í un breve párrafo exponiendo sus opiniones, y cotéjelo con las nuestras en la clave de respuestas.

(*) Boido, G., Histo Re-Historia ria de la ciencia ciencia y vida de la ciencia: algunas reflexiones educativas , en Re vista de Enseñanza de l Física, a.l, n.l,junio de 1985.

 

Un caso histórico a modo de introducción O 17

ACTIVIDAD 2 A propósito de la actividad anterior, usted u otra persona) bien puede argusigu gue: e: Bien, puede que la historia de la ciencia tenga interés por mentar como si s í misma, pero, ¿por qué mi exposición o el libro de texto deberían tratar acerca de l génesis histórica de tales o cuales conceptos o leyes, si éstos y a están bien establecidos hoy y se los puede presentar con mayor nitidez y claridad gracias al tiempo transcurrido, a u n lengu lenguaje aje preciso, sin ambigüedades o errores de los que pudieron ser víctimas aquellos protagonistas de épocas pasadas? Ningún físico estudiaría mecánica en un libro de Newton, o química en uno de Lavoisier: para ello hay textos modernos. ¿Por qué habría de hacer y o algo distinto con mis alumnos al presentar un tema en clase? suss propias ideas al al respecto, p ero vu vuelv elvaa a leer previamente la cita de Redacte su la página 1 6 . Anticipa nuestra opinión, que encontrará en la clave de respuestass . ta

 

1 8 O Módulo 1

EL SURGIMIENTO DE UNA TEORÍA Una perplejidad histórica

En 1556

época:

De

s publicó e n Alemania uno de e Metallica Su autor Georg Bauer,

los tratados técnicos más famosos de la es más conoc ido por el nombre latino de es

Agrícola. de Se entonces, técnicas mineras y metalúrgicas vinculadas con la trata de ucon n compendio industria numerosasde ilustraciones. ilustrac iones. Aquí reproducimos una de ellas ellas Fig. 1). Una seri seriee de de bombas bomba s neumáticas neumát icas , A, B y e extraen el agua del fondo de una mina: al realizar las perforaciones, los mineros se topaban con napas de agua y el líquido inundaba con frecuencia p ozos y galerí galerías. as. Si examina con cuidado el grabado, verá que las bombas son operadas simultáneamente por medio de un sistema de palancas. El conjunto es accionado desde la superficie por una rueda hidrául hidráulica. ica.

Bombas de succión instaladas en serie

Fig 1 accionadas por una sola rueda hidráulica hidráulica..

Observe también este detalle: no hay una sola bomba sino tres tres   La más profunda A, eleva el agua y la vierte e n un recipiente; la segunda, B, B , toma l agua de allí y la eleva hasta otro recipiente, mientras que la tercera, e eleva aún más el agua y la vierte en una canale ta de des desagü agüe. e. Pero, ¿por qué n o emple ar sencillamente lina sola sola bomba? Para aclarar el pünto veamos con cierto detalle cómo funciona este ingenioso mecanismo.

 

Un caso histórico a modo de introducción O 1 9

En la figur a 2 se observan sus componentes principales.. El émbolo puede ser tracciona principales do hacia arriba o empujado haci a abajo de des s de el exterior. Las válvul válvulas as A en el émbo lo) y B en la base del cuerpo de la bomba) abren abre n hacia arriba; en posición horizontal

obturan su correspondiente orificio. E n la figura vemos lo que sucede cuando el ém bolo es llevado hacia ar riba: A queda cerra d a y B abierta, y el agua sube por el tubo inferior y el cuerpo de la bomba del mismo modo en que lo haría por una jeringa hipo dérmica. L a distancia h, medida desde el ni vel externo del agua, indica la máxima altu r a a la que llegarán el émbolo y el agua en su recorrido hacia arriba. arriba .

i

A

b

Fig 2

a 22

h

~ -=-- r = -=

--

 

-

--.._

 

-

· Fig   3 Fig

E n la figura 3, el émbolo es empujado ha cia abajo. Ahora A está abierta y B cerrada; por tanto, hay una column a de agua de ltura d) dentro del cuerpo de la bomba. El émbolo la atraviesa sin dificultades e n su

camino hacia abajo.

Fig   4 Fig

Una vez llegado a s u posición inferior, el émbolo es nuevamente traccionado hacia arriba Fig. 4). A queda cerrada, y por ello el agua aspirada e n l etapa precedente es expulsada por el tubo de salida. A l mismo tiempo, una nueva cantidad de agua ingre

sa por B abierta), tal como sucediera an teriormente . Llegado el émbolo a l a altura h se reiniciará el proceso.

 

1

20

D Módulo 1

ACTIVIDAD 3 E n la figura 2 se supone que la bomba ya se encuentra en funcionamiento: el agua ocupa el cuerpo de la bomba y el tubo inferior. E n esa situación, al bombear {obligar al émbolo a realizar un movimiento de vaivén el agua sale pe riódicamente, a chorros, por el tubo de salida. Pero, ¿qué sucede cuando se inicia el bombeo? Observe la figura 5. El ém bolo se encuentra en su posición infe rior; por encima hay aire . Entre B y el nivel d e la napa de agua {en el tubo in

Fig 5

ferior también hay aire Se inicia el bombeo: el émbolo sube, A queda cerrada y B se abre. Intente describir qué sucede de allí en más a medida que se bombea. {Use la intui ción, si es necesario. ¿Sale el agua de inmedi a to, a los primeros bombazos ? ¿Ha tenido esta experiencia, por ejemplo, al emplear una simple bomba operad a por medio de una palanca?

En princ1p10, podría pensarse que, si el tubo inferior fuese suficientemente largo, una bomba como la d e scripta debería bastar para extraer el agua desde cualquier profundidad. Sin embargo, no es así, y el autor d e los dibujos de Agrícola lo sabía muy bien. Si usted analizó correctamente la situación que propusimos en la anterior actividad, sabrá que, cada vez que el émbolo sube, el nivel de agua en el tubo aumenta hasta que el agua penetra por B en el cuerpo de la bomba. Allí, el agua es levantada por el émbolo como si éste fuera un balde. Pues bien, ¿qué sucede s se construye una bomba cuyo tubo infe rior fuese de {digamos 1 5 m? La bomba no extraerá el agua: el nivel del líquido llegará hasta algo más de 1 0 m en el tubo y no superará ese valor. Se rá inútil bombear y bombe  ar. Lo que lo s mineros de la época de Agrícola sabían era esto: l altura h {en las figuras 2, 3 ó 4 no puede ser mayor de algo más de d e 1Om {Ellos hubies en dicho: unos 1 8 codos, equivalentes a unos 10,3 m.) E n este punto podemos olvidar los detalles detall es del funcionamiento de la bomba y re mi tirnos a la figura 2, asimilando el dispositivo a una simple jeringa hipodérmica. Si tratá ramos de succionar agua con una larguísim larguísimaa jeringa vertical sólo podríamos hacerlo hasta una altura de 10,3 m, pues a partir de allí, aun cuando apliquemos la fuerza necesaria pa ra levantar el émbolo, éste subirá pero n o el agua. E n verdad, en la époc a de Agrícola {siglo XVI esta imposibilidad de elevar el agua más allá de los 10,3 m no podía ser explicada ¿Qué es una explicación? Es una respuesta identificar icar a l a pregunta ¿por qué? . Pero e n nuestro ejemplo de la jeringa podemos identif dos hechos o fenómenos que parecen requerir explicación, a saber: ¿Por qué el agua sube por la jeringa cuando se hace subir el é mbolo? 2. ¿Por qué el agua no puede subir más allá de los 10,3 m? l

E n el siglo XVII, época en que este tipo de cuestiones tomó estado público entre científicos que sostenían disímiles concepciones de la naturaleza, dos bandos en pugna intentaron dar respuesta a la cuestión. E l bando A pretendía haber dado una explicación plausible del primer fenómeno {la succión del agua por el émbolo); en cambio-, no lo graban hacer lo mismo con el segundo (la existencia de una altura límite para tal succión .

 

Un caso histórico a modo de introducción O 21

A su vez, el bando M sostenía que era necesario rechazar la explicación ofrecida por el bando A para el primer fenómeno, y, desde una perspectiva científica radicalmente distinta , intentar la explicación de ambos fenómenos. Veamos, por tanto, algunos aspectos de esta controversia, que involucra, entre otras cuestiones, la siguiente: ¿existe el vacío? l mundo

sin vacío

¿Existe el vacío? L a pregunta, en el marco de nuestra cultura, parece un tanto fuera de lugar. Damos por supuesto qu e hay vacío del mismo modo en que sabemos que hay atmósfera. Las inscripciones de nuestros paquetes ·de café afirman que ha sido envasado a l vacío total y, mi miee ntras desayunamos, la radio nos informa acerca de l a presión atmosférica o del último paseo de ciertos astronautas por el vacío interplanetario . Al parecer, nuestras actuales creencias en el vacío o la atmó sfera se han incorporado a cierto conocimiento vulgar básico que sería difícil cuestionar, como la esfericidad de la Tierra o la existencia d e los átomos. Eliminar la creencia en el vacío sería, por otra parte, un expediente muy molesto si pretendemos conservar nuestra actu¡J l ciencia física, amén de la credibilidad en las publicidades de café. Enunciados muy elementales que aparecen en los t e x tos escolares deberían ser modificados; por ejemplo, el que afirma: l a materia está compuesta por átomos, que se mueven e n el vacío . Habría que pagar un alto precio por ello. Somos deudo r es ge ideas cosmológicas fuertemente influidas por el pensamiento científico, es decir, por teorías que afirman no sólo que el vacío puede existir, sino que de hecho existe en la naturaleza y que se lo puede producir por medio de t é cnicas determinadas (por ejemplo, una bomba neumática) . Pero al menos, si se quiere a modo d e ejercicio intelectual, podríamos imaginar u n univers univ ers o factible completament e eno en el que la materia no dejase resquicio alguno. Cierta comunidad, sin el auxilio de nuestra ciencia actual, bien podría afirmar que tal cosa es evidente, pues vemos y t o camos materia por doquier mas no vacío. A partir de observaciones sencillas y experie nci a s inmediatas, tal comunidad podría agregar más y más e nunciados acerca del universo universo hast a ofrecer de él una descripci ón re lativa mente cohe re nte. L a observación de los as tros podría sugerir que el centro de su rotación es también e l centro del universo, y que éste no es otro que el de n u es tra Ti Tiee rra, inmóvi inmóvil. l. Los objetos m ás lejanos, las estrellas, podrían estar ubicadas en una gran superficie esférica, y más allá no parecería haber nada . Tal universo sería entonces finito y esférico, lleno de

m a t e ria , y su centro coincidiría con el de nuestra madre Tierra Tierra.. Una concepción tal del univ univee rso ha resultado aceptable en algún momento de la his· toria . E n particular, las creencias u opiniones cosmológicas qu e señalamos en el párrafo anterior forman parte del modelo de universo diseñado por Aristóteles (siglo IV a.C.) y d e sarrollado y/o modificado en a lgunos aspectos por sus adherentes posteriores. En la antigüedad griega convivieron, a partir del siglo VI a.C., ideas cosmológicas de muy diverso carácter, debidas a diferentes escuelas filosóficas. E l universo fue considerado finit o o infinito, y la Tierra móvil o inmóvil, y se formularon muchas suposiciones sobre l a naturaleza de la materia y de los astros. Sin embargo, por razones qu e hemos de discutir más adelante, el sistema de creencias aristotélico predominó hasta tiempos muy recientes al menos hasta bien entrado el siglo XVI. Las características del universo aristotélico, tales como su finitud y su ausencia de vacío, se apoyan mutuamente unas e n otras y adquieren así una cohere ncia que vuelven muy persuasivos los argumentos del gran filósofo griego. Si se admitiese la existencia del vacío, afirma Aristóteles, podríamos imaginar una concatenación de materia y vacío que, en principio, n o tiene por qué tener límite; y ello nos conduciría a admitir u n universo infinito . L o que queremos señalar con est e ejemplo es que, si se c uestiona un aspecto

 

22 O Módulo 1

particular de la cosmología aristotélica, se ven afectados muchos otros. Por ello hay, en la obra de Aristóteles, muchos argumentos por el absurdo , es es.. decir, el mostrar que SI se admite que puede existir vacío entonces deberá admitirse también que ocurrirá algo que a todas luces (según Aristóteles) es obviamente absurdo. Por ejemplo, para Aristóteles, carece de sentido imaginar que un cuerpo puede moverse indefinidamente e n vecindades de la superficie terrestre. (Más específicamente en la región del universo sublunar .) Ofrece en apoyo de esta tesis una serie de evidencias basadas en observaciones cualitativas y de sentido común . Entonces puede argumentar así en contra de la existencia del vacío: ... nadie . podría decir por qué una cosa en movimiento e el vacío deba pararse en algún sitio; porque , ¿por qué debería pararse aquí y no allí? De este mo o una cosa deberla estar n reposo o moverse ad infinitum infinitum.. (*) Aristóteles entiende que la conclusión (subrayada) es absurda, pues para él no hay evidencia de que existan cuerpos que se muevan a d infinitum . Pero esto es lo que sucedería, pr ecisamente, SI existiese vacío; por tanto, el vacío es imposible. Aristóteles es, pues, un plenista concibe un universo pleno (lleno) de materia. Este es un rasgo esencial de su cosmología, que en tiempo s de Agrí Agrícola cola constituía el fundamento de las creencias de sus adherentes, los aristotélicos. Estos serán los miembros del bando A que mencionamos en el parágrafo anterior. Pero por entonces tales ideas se hallaban fuertemente cuestionadas por los partidarios de otras cosmologías incipientes. E n particular, los llamados mecanicistas (el bando M intentaban sentar las bases de un nuevo esquema conceptual del universo que rompiera definitivamente con el heredado de Aristóteles. Y algunos de ellos, aunque no todos, trataron de enfrentar ciertos problemas desde la óptica opuesta, es decir, la aceptación de espacios vacíos en la naturaleza. Uno de tales problemas fue, precisame nte, el que tanto intrigaba a los mineros: ¿por qué una bomba neumática n o puede elevar el agua más allá de los 10,3 m? Los mecanicistas del siglo XVII y el desafío de la técnica . A diferencia de los aristotélicos, poco propensos a aceptar que idéas emanadas de la técnica pudiesen incidir sobre el conocimiento de la naturaleza, los mecanicistas del siglo XVII usaban analogías mecánicas en s u concepción del universo. (Uno de ellos, el padre Mersenne, afirmaba que Dios debía ser considerado una suerte de Gran Ingeniero.) El problema generado por la imposibilidad de elevar el agua más allá de los 10,3 m despert ó de inmediato su interés, pues la dificultad con la que tropezaban los mineros parecía afectar un aspecto esenci esencial al del pensamiento aristotélico. Veámoslo con cierto detalle. Al interrogante ¿por qué asciende el agua por una jeringa cuando se eleva el émbolo? el aristotélico podrá responder del siguiente modo: s i el agua no ascendiese, se generaría vacío entre el émbolo y la superficie del líquido; pero no puede existir vacío, por tanto, el agua de e ascender. Este razonamiento (una explicación del hecho observado, es decir, del ascenso del agua por la jering jeringa) a) tien e la misma f orma que el ya mencionado de Aristóteles; la negación de un enunciado conduce por deducción a un absurdo, por tanto, el. enunciado ha de ser afirmado. Desde luego, el punto clave de la explicación es aquí la · ajante afirmación aristotélica de que el vacío n o puede existir e n la naturaleza. (O bien, para emplear el leng lenguaje uaje hoy un tanto pintoresco de los aristotélicos medievales, le s, que la naturalez a aborrece el vacío, o que éste le repugna .)

(*)Aristóteles, Obras completas completas,, La Flsica , Buenos Aires, Bibliográfica Omeba, 1967.

 

  ncaso

histórico a modo de introducción O 23

A la luz del esquema conceptual aristotélico, el fenómeno de succión del agua p o r la jeringa n o tiene nada d e ext raño , pues puede ser explicado en términos de ciertas suposiciones sobre la naturaleza que gozan en cierto mo me n to histórico de aceptación general. Pero, e n el marco de ese mismo esquema, la observación p o r los técnicos mineros de que el agua n o asciende más allá de los 10,3 m no podía dejar de ser perplejizante. Y aquí debemos ponernos en guardia contra el anacronismo: si el esquema aristotélico fuese el único del que dispusiéramos (o bien el único que estuviéramos dispuestos a aceptar), la existencia de una altura límite para el ascenso del agua sería sin d u d a u n hecho

altamente ext raño . Pues, ¿cuál podrá ser la razón p o r la cual esa repugnancia al vacío n o se manifiesta a alturas mayores de 10,3 m ? Distinto sería el caso de u n físico actual ante el m smo fenómeno, pues el esquema conceptual que adopta es el de la ciencia moderna, n o aristotélica, y e n él la limitación para la succión del agua por la jeringa es perfectamente explicable. Para nuestro físico, n o hay nada de perplejizante o extraño ante el fenómeno que llenaba de asombro a los aristotélicos del siglo XVII. Los mecanicistas de esa época advirtie;ron que disponían de u n buen argumento e n contra de las ideas físicas de Aristóteles, e n particular la hipótesis del horror al vacío p o r l a naturaleza. Muchos de ellos aceptaban de buen grado el atomismo, de acuerdo con la antigua concepción de Demócrito de que, más allá de l a experiencia sensorial inmediata, e l universo consta de espacios vacíos y partículas indivisibles (átomos), y de ninguna o tra cosa. Dicho de otro modo, su esquema conceptual (una alternativa al aristotelismo, por entonces sometido a fuertes críticas desde distintos puntos d e vista) incluía la posibilidad de que el vacío existiese en alguna región del espacio, y aun la de que se lo pudiera crear por medio de algún mecanismo. Al abordar desde una óptica nueva la dificultad revelada p o r los técnicos mineros, crearon una de las más simples y bellas teorías de la historia de la ciencia, a la par que iniciaron el desarrollo de investigaciones de importancia crucial para la ciencia y la técnica subsiguientes. Este logro, sin embargo, no culminó sino al cabo de una serie de intentos más o menos azarosos que muestran la complejidad real de la investigación científica. Nuestra afirmación de que existieron p o r entonces dos bandos claramente definidos y antagónicos e n pugna es una simplificación excesiv excesiva a si se entiende p o r ello el enfrentamiento de visiones del mundo claramente explicitadas e n todos y cada uno de los aspectos particulares atinentes a un problema determinado. Esto n o fue así (*). Por eso debemos comenzar. con un intento fallido: el de Galileo, el más ilustre mecanicista de la primera mitad del siglo XVII, quien tra tó de encarar el problema de la limitación en la succión de las bombas neumáticas sin abandonar por completo la concepción aristotélica del horror al vacío .

L a conjetura de Galileo Galileo Galilei, e n su Diálogo sobre dos nuevas ciencias (1638) menciona haberse ocupado del caso de una bomba aspirante que funcionaba mal y no podía elevar e l agua más allá de determinada altura. Abordó el problema y sugirió una solución al mismo. Pensó que la columna líquida se comporta como un alambre o una barra rígida tendidas entre dos puntos d e apoyo, y que, cuando la distancia entre los puntos de apoyo sobrepasan cierto valor, el alambre o la barra se rompen. La analogía procuraba resolver e l problema conservando el principio del horror al vacío , a condición de admitir que dicho horror tiene un límite (10,3 m). Sobrepasado el límite, el vacío es posible. (*) Y aún más: el mecanicismo no fue la única alternativa propuesta por entonces ante la crisis del pensamient o aristotélico, A los bandos A aristotélicos) M mecanicistas) debe ríam os agreg agregar ar un tercero: el ban do N los neoplatónicos . Pero de este último nos ocuparemos en el módulo siguiente, pues no jugó un rol destacado en la polémica que aquí nos ocupa.

 

24 O Módulo 1

¿Desdibuja esta conjetura estéril" de Galileo la imagen de quien fuera llamado por. Einstein e l padre de la moderna cien ciencia cia de la naturaleza"? Antes de emitir jtúcio sobre

el particular, podrá ser interesante leer este coment ario del historiador James B. Conant: Acerca de este episodio, escribe Martha Ornstein: Es extraño que Galileo fuese tan tradicionalista en algunos aspectos. Por ejemplo, aceptaba al estilo aristotélico un horror vacui modificado, como explicación del

motivo por el cual una bomba no podía elevar el agua más que a algo menos de 10,3 metros. En Discorsi e dimostrazioni matematiche Galileo dice que, de igual modo que una espi espiral ral de alambre suspendida tie ne una longitud en la cual su propio peso la quiebra, otro tanto debe ocurrir con la columna de agua elevada por la bom ba. Por cuanto, además, Galileo sabía que el aire pesa y había ideado una manera de medir su peso, todo esto resulta más extraño, yen cierta medida estimula el inte. rés histórico del hombre. extraño raño que Galileo fue fuese se tan tra dicionalista en alguno algunoss aspectos." aspect os." ¡Di ¡Dios os nos Es ext asista ¿Supo ¿Supone ne acaso la autora de este excelente libro sobre descubrimientos cientí ficos del siglo diecisiete que los sabios precursores lo primero q ue hace n es romper con todos los conceptos anteriores y luego tratan de llenar con algo el hueco? Es te pasaje presupone que un gran hombre sufrió un lapso momentáneo al no poder introducir todo un nuevo concepto en la ciencia, como resultado de la meditación concentrada en una serie de hechos. Fácil, pero lamentablemente pasado por alto. Destaco la afirmación como ejemplo de la forma en que se ha difundido entre los profanos un cierto grado de malentendido en materia científica en virtud de los escritos de historiadores que no supieron entender que los conceptos nuevos se desarrollan solamente después de un arduo período de experimentación.(*)

hallarse se a mitad de ca En verdad, las creencias de Galileo acerca del vacío parecen hallar mino entre el aristotelismo puro y el punto de vista claramente antiaristotélico de sus discípulos inmediatos inmediatos.. La creencia en que el agua sube por horror al vacío es aristoté lica, pero la aceptación de que ese horror tiene un límit es claramente n o aristotélica. La enseñanza que podemos extraer de este episodio, por el momento, es que las ideas científicas que han resultado fructíferas para explicar una ser serie ie de hecho s no se abando nan d e u n día para el otro ante la aparición de un nuevo hecho que al parecer las refu ta. Tal fue el caso de Galileo, cuyo horror al vacío limitado conserva parte d e l a con cepción aristotélica. En la ciencia coexisten siempre dos tendencias: una, conservadora, que procura no abandonar (de ser posible) lo que h a sido fecundo; otra, revulsiva, desti nada a transformar lo establecido cuando ello resulta necesario. Esto último aconteció en el caso histórico que estainos analizando. Era imprescindible una ruptura total con los conceptos heredados de Aristóteles a propósito del vacío y la ascensión del agua por je ringas y bombas neumáticas. Tal paso revolucionario lo dio el más brillante de los discí pulos de Galileo: Evangelista Torricelli (1608-164 7).

(*)

Conant, J. B., La comprensión de

l

ciencia Barcelona, Plaza

Janés, 1963.

 

Un caso histórico a modo de intro.ducción O 25

ACTIVIDAD 4

E n la figura 6 representamos un recipiente con dos orificios, A y B. E l orificio A está obturado por un tapón, y el recipiente está lleno de agua. L a experiencia puede realizarse con un frasquito de plástico con tapa (A), perforado en su base (B). E l agua no sale por B, a menos que se retire la tapa A. (En lugar de usar simplemente dar qué una eexplicación tapa el dedo.) Trate aristotélidelpuede (Inicie así: de l agua n o sale ca hecho. por B su razonamiento ¿Por cuando l a tapa A está colocada? Si saliese agua por B, e n el recipiente tapado se crearía u n vacío .. . ) Verá que la explicación aristotélica es razonable y que, incluso, ¡quizá muchos de nosotros seamos más aristotélicos de lo que cree-

mos

8

Fig   6 Fig

La teoría del m ar de aire L a explicación aristotélica del ascenso del agua en jeringas y bombas neumáticas estaba basada en la suposición d e que el vacío es imposible en la naturaleza. Torricelli , ert cambio, reunió tres suposiciones a partir de las c uales n o sólo se explica por qué el agua asciende sin o también por qué sólo lo hace hasta cierta altur a. Lo interesant e es que ninguna de ellas era, por separado, totalmente novedosa. L a originalidad del genio consistió aquí más bien e n consider arlas o m o un haz y emplearlas en conjunto para construir una teoría (Más adelante profundizaremos el signi signific fic ado de este término clave.) En primer lugar, Torricelli supuso que el aire pesa Esto era bien conocido por su maestro Galileo, quien incluso había determinado su peso específico. l

Evangelista Torricelli. Cuadro anonilllo de la Galería degli Uffici de Florencia .

 

26 D Módul o 1

2. E n segundo lugar, Torricelli supuso que todo lugar de la superficie terrestre está cubierto por una capa de aire, esa suerte de "cáscara" que hoy llamamos atmósfera y que el físico italiano denominó "mar de aire". Como él mismo dice, en una carta dirigida al cardenal Ricci:

Vivimos Vivim os inmersos en el fondo de un mar de aire elemental, que de acuerdo con comprobaciones experimentales indudablemente tiene peso, tanto peso que el aire más denso en las proximidades de la superficie de la Tierra pesa aproximadamente las cuatro centésima parte del peso del agua.(*) Esta idea es (o debería ser, si no hubiésemos perdido nuestra capacidad de asombro) un tanto angustiante. Se dice con frecuencia que "lo último que descubriría un pez es la existencia del agua", y lo mismo cabe decir de nosotros con respecto a la atmósfera terrestre. Somos "peces de aire" que viven comprimidos en el fondo del mar que imaginó Torricelli. E n cierto momento de la novela Solaris del escritor polaco Stanislaw Lem, su protagonista comprende que el mar del extraño planeta en donde ha recala do es, en realidad, una suerte de ser vivo. Entonces comienza a ver todo desde una óptica distinta: las olas que acarician el borde de su nave, por ejemplo, se vuelven seudopodios de una criatu r a inmensa que se extiende y se agita a su alrededor. No sabemos qué experimentó Torricelli en el momento en que concibió la idea de que "vivimos inmersos en el fondo de un mar de aire elemental", pero es probable que le haya ocurrido lo que al protagonista de

Solaris. De acuerdo con la suposición 2 de Torricelli, el aire que nos rodea ejerce presión sobre todos los objetos de la superficie terrestre, tal como Jo hace el agua sobre los peces, las piedras y el fondo de una pecera. Esta similitud entre el comportamiento del a gua y del aire fue explícitamente incorporada por Torricelli a su teoría como una tercera supo-

sición:

3. El aire y los líquidos tienen, en algunos aspectos, un comportamiento semejante(**). E n particular, cumplen con la propiedad de que la presión en un punto del aire o del líquido es independiente de la dirección, y cumplen, además, con el llamado "teorema general de la hidrostática". De este modo, Torricelli extendió al aire propiedades de los líquidos y a expuestas en el siglo XVI por el ingeniero belga Simón Stevin. Las suposiciones de Torricelli acerca de la existencia de un "mar de aire" que pesa y está regido por las leyes de la hidrostática permiten explicar satisfactoriamente los fenómenos a que hacíamos referencia al comienzo: ¿por qué el agua sube por el tubo de la bomba (o de una jeringa) cuando se hace subir el émbolo? y ¿por qué no sube más allá de los 10,3 m? Veámoslo e n detalle. Para los aristotélicos, la subida del émbolo obliga a ascender al agua para impedir la formación de vacío: el émbolo "succiona el agua". (Todavía decimos "chupar el mate", cuando extraemos el aire de la bombilla. ¡El inconsciente aristotélico nos traiciona ). Pero para Torricelli la función del émbolo es bien otra (Fig. 7). E l aire atmosférico presiona sobre la s ~ p e r f i i e del agua de la mina y obliga al agua a subir por el tubo. Cuando el émbolo está en reposo, el agua sube hasta el nivel que aquél le permite; pero, cuando De A source Bao k n Physics de W F. Magie, citado por Conant en la obra mencionada. Observe que Torricelli habla del "aire más denso en proximidades de la superficie de la Tierra , esto es, tiene conciencia de que la densidad del aire disminuye con la altura. El valor que le asigna a la densidad es 0,04 kg/litro; su valor aceptado actualmente es 0,0013 kg/1. La notable diferencia, debida a lo rudimentario del procedimiento de medición empleado, no afecta las conclusiones de Torricelli. (*)

(**) Los líquidos y los gases no tienen un comportamiento totalmente semejante. Pero Pero en el ámbito de los fenómenos estudiados por Torricelli la suposición de éste fue absolutamente correcta, y particu-

larmente feliz.

 

Un caso histórico a mo d o d e intr oducción O 27

el émbolo es elevado, el agua continúa ascendiendo pues queda liberada de la presión que antes ejercía el émbolo sobre ella. E n síntesis, el émbolo n o chupa el agua'' (no tira de ella), sino que permite que la presión del aire sobre el agua de la mina la haga subir por el tubo: desaloja el aire por encima del émbolo y libera así al agua de la presión at mosférica.

Fig. 7.

4J

'

presión de la atmósfera

LllUl

-

 

¡

~ ~ e

1-1=-

-

 

Al traccionar desde fuera el émbolo hacia arriba, el agua sube por el cuerpo de la bom b a debido a la presión que la atmósfera ejerce sobre el agua d e la mina. -

En cuanto a la segunda pregunta (¿por qué existe un límite para el ascenso del agua p o el tubo?) la respuesta de Torricelli es ésta: el agua subirá hasta que la presión del aire externo tenga el mismo valor que la presión ejercida por la columna de agua en el tubo. más. Y sí se tracciona el émbolo, entre el nivel E n esas condiciones, el agua y a n o subir á más. del agua en el tubo (siempre invariable) y el émbolo no habrá agua, ni aire ai re ... ni nada Ha "brá vacío En verdad , mientras los aristotéiícos del siglo XVI fundamentaban la imposibi

lidad del vacío, ¡los mineros lo estaban creando Aquí es posible imaginar u n tubo de aire y u n tubo con agua (como indica la figura 8) al modo d e vasos comunicantes, y afirmar que el peso de la columna líquida de 10,3 m equilibra al peso del aire del tubo de aire . Así, Torricel Torricelli li pudo estimar el valor de la presión atmosférica e n términos de la presión de una columna de agua: la presión atmosférica equivale a la que ejercen 10,3 m de agua.

Fig 8 vasos comunicantes

1

l

t-=,

Torricelli bien pudo haber imaginado, para poner a prueba su teoría,' una situación similar a la de la figura 9. Si se llena u n tubo de más de 10 ,3 m con agua, cerrado en u n extremo, y se lo invierte de tal modo que permanezca vertical con su extremo abierto su mergido e n agua, el nivel debe descender hasta 10,3 m y por encima habrá vacío. Pero el equipo habría sido difícil de manipular. Así que Torricelli optó por reproducir la situa ción de la figura con mercurio, cuyo peso específico es unas 1 4 veces mayor que el del agua. L a altura límite será, por tanto, 14 veces menor que la del agua: 10,3/14 es aproxi madamente 0,76. De modo que, si se llena un tubo de un metro con mercurio y se lo in  vierte sobre una cubeta, el nivel deberá descender hasta los 7 6 cm. Así ocurrió.

 

28

D Módulo 1

Como vemos, se trata de un razonamiento sencillo, o al menos así lo presentan cierconceptos libros de texto. Pero tanta sencillez requiere genio. E n particular, la novedosa concepción del m a r de aire pesante habría tenido poco poder explicativo de n o haber generalizado Torricelli al aire leyes hidrostáticas cuantitativas. Afirmaciones tales como que la presión atmosférica equivale a la que ejercen 10,3 m de agua o 76 c m de mercurio, o

bien que puede construirse u n instrumento para medir las variaciones de la presión del aire graduando u n tubo de Torricelli el barómetro), resultan de la última y osada suposición de que, en parte, existe u n comportamiento semejante entre gases y líquidos.

Observe finalmente que, si se aceptan los razonamientos de Torricelli, su célebre experiencia con el mercurio involucra una técnica para produci r vacío. E n tal sentido decimos que la teoría fundamenta esa técnica, esto es, sugiere u n procedimiento que permite, empleando ciertos dispositivos y realizando ciertas acciones, lograr u n propósito determinado. E n el Módulo 4 de esta estructura volveremos sobre este importantísimo punto. ascenso del agua E n síntesis, a diferencia de la teoría aristotélica (que sólo explica el ascenso cuando se tracciona el émbolo), la teoría de Torricelli:

Explica por qué asciende el agua; 2. Explica por qué dicho ascenso es limitado; 3. Predice lo que acontecerá cuando se realice la experienci experiencia a con mercurio; 4. undamenta un procedimiento técnico para obtener vacío. l

ACTIVIDAD 5 Como dijimos en la página 20 si se tratara de elevar agua por medio de una jeringa vertical, sólo podríamos hacerlo hasta una altura de 10,3 m. E n esas condiciones, el émbolo seguiría subiendo, pero n o el agua.

Analice las siguientes afirmaciones: A.La fuerza necesaria para elevar el émbolo es equivalente al peso de una columna de 76 cm de mercurio, independientemente de la sección del émbolo. B. La fuerza necesaria para elevar el émbolo es e q u ~ v l e n t e al peso de una columna de 76 cm de mercurio y secci ón igual a la del émbolo. C La fuerza necesaria para elevar el émbolo es equivalente al producto de la presión atmosférica por la sección del émbolo. Nota: E l peso del émbolo se supone despreciable.) Son correctas: l

ó ~ o

la A

2. Sólo la C

3. Sólo la B 4. Sól o la B y la C 5. Ninguna de la lass afirm aciones

 

Un caso histórico a modo de introducción O 29

Pero, ¿qué es una teoría? Empecemos con algo sencillo: una teoría es u n conjunto de enun ciado s vinculado vinculadoss entre sí por medio de la lógica deductiva). Los enunciados 1 , 2 y 3 de Torricelli