Las Raíces de la Ciencia La Astronomía Clásica

1. Las Raíces de la CienciaLaAstronomía Clásica

2. Bibliografía, referencias • Básica: • Physics, the human adventure : from Copernicus to Einstein and beyond; Gerald Holton and Stephen G. Brush. -- 3rd ed. • Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas por Gerald Holton ; revisada y ampliada por Stephen G. Brush. • Complementaria: • The History and Practice of Ancient Astronomy; J. Evans, Oxford U. Press • Ptolomeo, El astrónomo de los círculos; Carlos Dorce, Nivola ediciones. • En la web: • Historia de la matemática (U. of St. Andrews) http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Indexes/Greeks.html • Más de 400 textos electrónicos de los clásicos • http://classics.mit.edu/index.html • Animaciones • http://faculty.fullerton.edu/cmcconnell/Planets.html#3 Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

3. Contenido • Los antecedentes • El invención renacentista del “Mundo Clásico” • Las primeros referencias astronómicas. • La astronomía, una rama aplicada de la matemáticas: El cuestión de Platón • La respuesta: Eudoxo y el sistema del mundo de Aristóteles. • Las propuestas heliocéntricas: Heráclito y Aristarco • Ajustes finos geocéntricos: Apolonio e Hiparco • La cima de la astronomía helena: Ptolomeo • Las técnicas de observación y de cálculo • La dimensión de la tierra y la distancia sol-tierra • Los primeros elementos de las teorías científicas • Las fuentes históricas del clasicismo Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

4. La Arqueoastronomía • El primer problema de la astronomía: la medida del tiempo, definición del calendario. ¿Cuándo sembrar y recolectar la cosecha? Stonehenge 2500 y 2000 adC. Disco celeste de Nebra 1600 adC. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

5. La “Antigüedad” una invención reciente • El Renacimiento (s. XV) se arrogó el rol de heredero del saber clásico griego (indirectamente babilónico) tras el era oscura del Medievo. • En realidad, el saber clásico se transfiere al mundo árabe (s. IX-XII d. de N.E.) • Edad de oro de la ciencia árabe: Fundación de la Casa de la Sabiduría (Bagdad s. IX), Al-Jwarizmi, (inventor del Algebra ) • Siglo XI el centro científico se translada a la España del Islám. • Los conocimientos astronómicos llegan a Europa a traves de la escuela de traductores de Toledo, traducidos del Arabe (Gerardo de Carmona) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

6. Primeras referencias astronómicas • La literatura recoge la Astronomía popular: la definición del calendario agrícola y la astrología. • Babilonia, primeros registros astronómicos literarios, poema épico Enuma Elish (1700 adC), Reinado de Amurabi. • En Grecia, los primeras referencias en la Iliada y en la Odisea de Homero (700 AC) y en “Los trabajos y los días” de Hesiodo. (650 adC) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

7. Las primeras observaciones astronómicas • En Babilonia: registros sistematizados (21 años) de las efemérides de Venus aprox. s.XVII adC. Tablilla de Venus de Ammisaduqa siglo VII adC, copia de un texto babilonio unos 1000 años anterior • No se da el equivalente griego hasta 1300 años después Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

8. El nacimiento de la “Astronomía Pura” • La astronomía babilónica se centra en astronomía lunar, establecimiento del calendario y la astrología. Sus observaciones sí son usadas por los griegos. • El con el auge del la filosofía griega en el s. V a.C. Se plantean las cuestiones de la “astronomía pura”: • La naturaleza de los objetos celestes, su origen. • La forma y dimensión de la tierra. • Las distancias entre sol, tierra, luna, planetas, … • La descripción y predicción del movimiento de las estrellas fijas, de los planetas y del sol. • La realización de este “programa científico” conllevará el desarrollo de nuevas técnicas matemáticas (trigonometría) y técnicas de observación y computo. • Al conseguirlo, se dará el primer paso, aún renqueante, hacia el establecimiento de la física (la filosofía de la naturaleza) como una ciencia empírica. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

9. El desafío de Platón (427-347 a.C.) • Las estrellas eternas, divinas, inalterables se mueven “se han de mover” alrededor de la tierra en un movimiento “uniforme y ordenado” (mov. Circular Uniforme) En realidad es un enunciado cuasiexperimental La inmesa mayoría de las estrellas siguen trayectorias circulares uniformes. PERO… Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

10. El desafío de Platón (2) • … existen unas pocas estrellas errantes (planetas) que no siguen “aparentemente” trayectorias circulares uniformes. Como en realidad, sólo el movimiento uniforme circular es posible, ¿Cómo se puede obtener estos movimientos errantes como composición de movimientos circulares uniformes y así “salvar las apariencias”? Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

11. Desafío de Platón (3) • Al formular el problema implícitamente se asume: • La teoría física sólo tiene sentido si es consistente con la teoría metafísica “evidente por si misma” • La teoría física se puede expresar en lenguaje geométrico (pitagóricos) Platón nunca se intentó seriamente solucionar el problema Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

12. El sistema aristotélico – la solución de Eudoxo • Postulados arístotélicos. • La materia es una mezcla de: tierra, agua, aire y fuego (sublunares); el eter para objetos celestiales. • Cada elemento tiene una tendencia a alcanzar un lugar natural (principio dinámico) (sublunar linea recta, eter circulos uniformes). • El movimiento de objeto viene marcado por la tendencia del elemento más abundante. • La astronomía no puede ir en contra de estos principios: La tierra es una esfera finita inmóvil en el centro del cosmos que también es finito. Cada planeta y a la estrellas fijas van guiados por esferas homocéntricas entre ellas que describen movientos circulares (sistema de Eudoxo con ¡decenas de esferas! ) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

13. El sistema aristotélico – la solución de Eudoxo Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

14. El modelo de Eudoxo de Cnidos • Explica el movimiento retrógrado • Adoptado por Aristóteles. • Extremadamente complejo > 33 esferas. • No explica los cambios de brillo de los planetas. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

15. Una solución geocéntrica mejorada • El centro de gravedad científico se desplaza a de Atenas a Alejandría. • Apolonio (ca. 262 a.C. ca. 190 a.C. ) introduce el concepto de epiciclos y deferentes para explicar los movimientos retrógrados, Hiparco (190 BC – ca. 120 BC)lleva a cabo ajustes de observación astronómicas basadas en este nuevo concepto. • Ptlomeo ( 83 d.C– 161 d.C. ) lleva a cabo la descripción completa del cosmos conocido dando nombre a estos modelos. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

16. El modelo planetario de Ptolomeo • los planetas se mueven en trayectorias circulares -hepiciclos- cuyos centros describen un movimiento circular uniforme -deferente- entorno a la tierra Animación Museo de Historia de la Ciencia de Florencia Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

17. El modelo planetario de Ptolomeo • La velocidad no uniforme de los planetas exigía refinamiento aún mayores: la excentricidad y el equante Equante Excentricidad Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

18. El éxito del modelo de Ptolomeo • Ptolomeo haciendo uso de su modelo y de observaciones propias y Babilónicas consiguió un modelo del universo que perduró casi 1400 años. • El ajuste fino de los parámetros de sistema era enorme, del orden de 70 revoluciones eran necesarias. No explicaba los tamaños aparentes de la luna. • Su prolongado éxito se basó en: • Proporcionar ajuste “preciso” de las observaciones disponibles. • Predicciones suficientemente buenas de las efemérides. • Explica la ausencia de paralaje de las estrellas. • Sigue la doctrina física dominante • Se basa en el “sentido común” Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

19. Los modelos Heliocéntricos • Propuesto por Aristarco de Samos (310 a.C. - ca. 230 a.C.) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

20. Crítica de los Modelos Heliocéntricos • Completamente en contra de la física de sistema aristotélico: • Movilidad de la tierra e inmovilidad de los cuerpos celestiales en contra de sus principios dinámicos. • Carencia de cálculos detallados. • Ausencia de Paralaje de las estrellas. (critica científica) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

21. Técnicas Experimentales • Durante este periodo todas las medidas eran realizadas a “ojo” • Gnomon (Usado por Eratóstenes 276 a.C. - 194 a.C. para medir el tamaño de la tierra) 250.000 estadios entre Siena y Alejandría Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

22. Técnicas Experimentales (2) • La esfera Armillar (como calculadora analógica) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

23. Técnicas Experimentales • La dioptra • El astrolabio, cuadrante Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

24. Discusión • Validez de los sistemas físicos aristotélicos y sus diferentes modelos cosmológicos. • ¿Puede considerarse ciencia empírica el sistema Aristotélico? • ¿Es el mundo físico geometría? Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

25. La Astronomía Renovada Astronomía Árabe y Renacentista

26. Bibliografía adicional • La Revolución Copernicana, T. S. Kuhn (cap. 4 y 5) • Mecánica de la Astronomía Renovada, T. Brahe, Ed. Fascímil Ed. San Millán • A hombros de Gigantes, S. Hawking. Incluye extractos de “Sobre las revoluciones de los orbes celestes” de Copérnico; “El diálogo de las dos nuevas ciencias” de Galilei; y “Armonías del Mundo” de Kepler. • Cosmos, C. Sagan cap.3 Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

27. Índice • La astronomía árabe heredera del mundo clásico • Críticas físicas al modelo Ptolemaico. • Sistema Copernicano: antecedentes, opositores. • Copérnico frente a Ptolomeo • Tycho Brahe y el observatorio de la isla de HVEN • Las leyes de Kepler • El telescopio y la Nueva física de Galileo • La unión entre astronomía y mecánica: Newton • Discusión: el fin del sistema Aristotélico Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

28. La Astronomía Árabe en el medioevo • Durante el medioevo la frontera del conocimiento matemático-astronómico emigra del mundo helenístico al mundo árabe siguiendo la expansión del Islam. • En el Siglo VIII comienza una época de esplendor cultural centrada en Bagdad, las grandes obras filosóficas griegas son traducidas al árabe. • S. IX se crea la Casa de la Sabiduría y el observatorio astronómico de Bagdad; lleva a cabo la traducción sistemática de las obras clásicas griegas. • Las matemáticas experimentan un gran desarrollo: trigronometría esférica, álgebra. • Con respecto a la astronomía, el modelo ptolemaico empezará siendo el referente pero dos de sus elementos esenciales (el ecuante y la excentricidad) son muy criticados por su falta de verosimilitud física. • Los escolásticos europeos acceden a los clásicos griegos y las nuevas obras árabes en gran parte a través de la Escuela de Traductores de Toledo. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

29. Críticas al sistema ptolemaico • A principios del XV el sistema ptolemaico seguía siendo el modelo estándar del cosmos. • No se disponía de ninguna nueva evidencia experimental contraria a su validez. • Los astrónomos árabes no pueden aceptar los movimientos circulares entorno a puntos no materiales, consideran especialmente aberrante la introducción del ecuante. (Al-Tusi, Bakú, Maimonides) • Para formular un sistema físico inteligible es necesario eliminar los ecuantes (esta fue la motivación seguida por Copérnico en sus obras ) • Un nuevo modelo con la eliminación final de los ecuantes y excentricidades la consigue en Damasco Ibn Al-Shatir en 1350, su solución es idéntica a la propuesta por Copérnico 150 más tarde. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

30. Antecedentes Heliocéntricos • Aristarco de Samos (310 aC - 230 aC) (Heliocentrismo) • Nicolas de Oresme (1323 – 1382) (Heliocentrismo) • Ibn Al-Shatir (1304 – 1375) (geocentrismo, idéntico método geométrico) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

31. El modelo Heliocentrico Copernicano • Copérnico(1473 — 1543) desarrolla por primera vez un modelo heliocéntrico “completo” con el mayor rigor geométrico. Su sistema es publicado en el mismo año de su muerte. • Se muestra extremadamente precavido y dubitativo en la publicación de su propuesta consciente de la oposición que va a levantar. • La difusión de su obra “Sobre las revoluciones de los cuerpos celestes” es modificada y un prólogo es añadido sin su consentimiento. • El prólogo trata de presentar la propuesta como un mero “cambio de sistema de referencia” sin necesariamente tener una base de realidad física. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

32. Ventajas del modelo copernicano • Predice las efemérides con 2 grados de precisión. • Movimiento retrógrado explicado de manera “natural” • Distancias entre los planetas al sol fácilmente medibles (en UA) • Los periodos orbitales son también medibles • Explica de manera natural las diferencias entre los planetas interiores (venus, mercurio) y el resto. • Elimina la necesidad de los ecuantes. • Preserva la dinámica de las esferas de Aristóteles • No requiere los cambios de tamaño aparente de la luna (como en el caso de Ptolomeo) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

33. Objeciones al modelo de Copérnico • No se da una reacción inmediata • Incluido en el índice en 1616 hasta ¡1835! • La Biblia y Aristóteles establecen la inmovilidad de la tierra. • Ausencia de paralaje de las estrellas del firmamento (también posible con Ptolomeo). • Desde un perspectiva moderna: • NO establece nuevas predicciones. • NO es más preciso que el modelo Ptolomaico. • NO es un sistema más natural desde la perspectiva de su física contemporánea (exige el movimiento de la pesada tierra y elimina el movimiento de la etérea esfera celestial) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

34. El Astrónomo de la Isla de Hven: Tycho Brahe • Tycho Brahe (1546-1601) inclinación por la astronomía muy temprana. • Con 17 años de edad se muestra decepcionado por la falta de precisión en la determinación de conjunción de Saturno y Júpiter. • Es consciente de la poca calidad de la observaciones astronómicas hasta ese momento. • Se embarca en el proyecto de renovar la astronomía empezando por la mejora de los métodos y los instrumentos observacionales. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

35. Tycho Brahe: La supernova de 1572 • En un golpe de suerte (que ocurre una par de veces cada 1000 años) Tycho Brahe observa durante 16 meses la aparición de una supernova en la constelación de Casiopea. • Se convence de su pertenencia a la esfera de las esferas fijas, el cielo Aristotélico deja de ser inmutable. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

36. Tycho Brahe: El observatorio de HVen • Con el apoyo del rey de Dinamarca (%5 de su presupuesto), comienza la construcción en 1576 de observatorio para la astronomía renovada en la isla de HVen • Se rodea de un nutrido grupo de colaboradores y estudiantes, realizando observaciones coordinadas. • Diseño y construcción de los instrumentos astronómicos más precisos jamás construidos para la observación con el ojo desnudo. • Medida sistemática de más de 777 estrellas, los cinco planetas, el sol y la luna durante más de 20 años. • Mejora un factor 10 las precisión de las observaciones (1’ de arco) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

37. Tycho Brahe: El observatorio de HVen • Cuadrantes, reglas paralácticas, esferas armillares. • No fueron superados hasta que se incorporó la óptica al diseño de los instrumentos. • Destacaba el gran cuadrante mural y el gran globo. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

38. La solución de compromiso • Tycho Brahe propone un sistema heliocéntrico y geoestacionario. Rápidamente aceptado por la iglesia Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

39. La precisión geométrica: Kepler • Kepler (1571 - 1630) resultó ser el complemento de Brahe: la precisión Teórica. • Muy influenciado por su mística religiosa, y la filosofía pitagórica, cree en la naturaleza geométrica/divina del mundo. Publica su modelo del universo en del “El Misterio Cósmico”(1596) • Como “todo teórico” ante la imposibilidad de ajustar las observaciones a su modelo decide que las observaciones son malas y que necesita datos mejores; decide contactar al mejor astrónomo instrumental de todos los tiempos Tycho Brahe. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

40. Un trabajo de precisión • Unos meses antes de su muerte Kepler se convierte en ayudante de Tycho Brahe. • Consigue entonces, no sin dificultad, acceder a las observaciones de Brahe. • Tras años de trabajos y fracasos como “buen teórico” abandona su primer modelo de los sólidos perfectos anidados. • Acaba el problema usando un modelo copernicano con órbitas circulares. No consigue un ajuste satisfactorio, sólo aproximado • Finalmente tras años de trabajos descubre que los datos se ajustan perfectamente a órbitas heliocéntricas elípticas (1ra ley de Kepler) • La astronomía abandona al fin el sistema Aristotélico Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

41. Las leyes de Kepler: • Transcurren más de 20 años entre la publicación de la última de las leyes y el acceso a los datos de Brahe. 1a Ley 2 Ley 3a Ley T2∝ r3 Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

42. Una nueva física para Kepler • Galileo(1564 – 1642 ), que mantiene una correspondencia fluida con Kepler, abre otro frente en el sistema aristotélico con sus estudios mecánicos. • El arma casi definitiva para la derrota de Aristóteles viene nuevamente de la mano de la técnica: el telescopio • Su carácter más decido lo lleva a un enfrentamiento directo con la jerarquía eclesial. Culminado con su famoso juicio (no se declaró nulo hasta ¡1992!) Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

43. Las observaciones de Galileo • La imperfección de la luna: • Nuevas estrellas en la via láctea • Las lunas de Júpiter. • Las fases de venus. • Sus observaciones cuentan ipso facto con el apoyo de Kepler Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

44. El final del sistema Aristotélico • Fuera ya del campo de la Astronomía, Galileo con sus estudios cinemáticos y definidamente Newton con su dinámica, que conecta el movimiento de los orbes celestes con los objetos terrenales, apuntillan el modelo del mundo Aristotélico. Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es

45. Discusión • ¿es la teoría copernicana la primera de la teorías modernas o la última de la antigüedad? • ¿Cuál es la trascendencia de la propuesta de Copérnico? • ¿Cuál es origen (primum mobile) en las teorías de Kepler y Copérnico? Historia de la Ciencia, Ivan Vila - vila@ifca.unican.es