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Las Raíces de la Ciencia La Astronomía Clásica. Bibliografía, referencias. Básica: Physics, the human adventure : from Copernicus to Einstein and beyond; Gerald Holton and Stephen G. Brush. -- 3rd ed .

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bibliograf a referencias
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

contenido
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

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la arqueoastronom a
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.

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la antig edad una invenci n reciente
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)

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primeras referencias astron micas
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)

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las primeras observaciones astron micas
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

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el nacimiento de la astronom a pura
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.

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el desaf o de plat n 427 347 a c
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…

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el desaf o de plat n 2
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”?

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desaf o de plat n 3
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

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el sistema aristot lico la soluci n de eudoxo
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! )

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el sistema aristot lico la soluci n de eudoxo1
El sistema aristotélico – la solución de Eudoxo

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el modelo de eudoxo de cnidos
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.

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una soluci n geoc ntrica mejorada
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.

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el modelo planetario de ptolomeo
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

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el modelo planetario de ptolomeo1
El modelo planetario de Ptolomeo
  • La velocidad no uniforme de los planetas exigía refinamiento aún mayores: la excentricidad y el equante

Equante

Excentricidad

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el xito del modelo de ptolomeo
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”

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los modelos helioc ntricos
Los modelos Heliocéntricos
  • Propuesto por Aristarco de Samos (310 a.C. - ca. 230 a.C.)

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cr tica de los modelos helioc ntricos
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)

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t cnicas experimentales
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

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t cnicas experimentales 2
Técnicas Experimentales (2)
  • La esfera Armillar (como calculadora analógica)

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t cnicas experimentales1
Técnicas Experimentales
  • La dioptra
  • El astrolabio, cuadrante

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discusi n
Discusión
  • Validez de los sistemas físicos aristotélicos y sus diferentes modelos cosmológicos.
    • ¿Puede considerarse ciencia empírica el sistema Aristotélico?
    • ¿Es el mundo físico geometría?

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la astronom a renovada

La Astronomía Renovada

Astronomía Árabe y Renacentista

bibliograf a adicional
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

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ndice
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

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la astronom a rabe en el medioevo
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.

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cr ticas al sistema ptolemaico
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.

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antecedentes helioc ntricos
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)

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el modelo heliocentrico copernicano
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.

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ventajas del modelo copernicano
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)

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objeciones al modelo de cop rnico
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)

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el astr nomo de la isla de hven tycho brahe
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.

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tycho brahe la supernova de 1572
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.

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tycho brahe el observatorio de hven
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)

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tycho brahe el observatorio de hven1
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.

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la soluci n de compromiso
La solución de compromiso
  • Tycho Brahe propone un sistema heliocéntrico y geoestacionario. Rápidamente aceptado por la iglesia

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la precisi n geom trica kepler
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.

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un trabajo de precisi n
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

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las leyes de kepler
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

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una nueva f sica para kepler
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!)

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las observaciones de galileo
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

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el final del sistema aristot lico
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.

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discusi n1
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?

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