El mayor Acelerador de Partículas de EE.UU. describe un círculo de unos seis kilómetros y medio en las praderas de Illinois, cerca de la ciudad de Batavia. En el Fermilab (Fermi National Acelerator Laboratory), haces de protones y antiprotones circulan por el largo tubo de acero inoxidable con velocidades cercanas a c, es decir, la velocidad de la luz. Se apiñan en dos puntos, dentro de unos detectores, de tal manera que las partículas y las antipartículas choquen entre sí, produciendo unas cantidades tremendas de energía. Los físicos examinan las consecuencias de estos choques, cuando por fusión se producen nuevas partículas -algunas nunca vistas en este Universo nuestro desde una fracción de segundos después del supuesto big bang- a partir de las explosiones de energía.

Pero vamos a nuestra historia. Cuando el Acelerador está en parada forzosa por cuestiones de mantenimiento, los guías del Fermilab llevan a grupos de visitantes a través del túnel brillantemente pintado del acelerador. Las visitas guiadas comienzan en el Atrio del Wilson Hall, el Edificio de la Administración, y luego cruzan la carretera para ir al acelerador. En el Atrio del Wilson Hall está también la Cafetería del Laboratorio y, si eres un visitante que vas a desayunar, te encuentras allí con físicos experimentales del Fermilab.

En mi visita (hace ya algunos años), una guía me contó que en una ocasión vio en su grupo de visitantes a un anciano cuya cara no le era desconocida y le resultaba bastante familiar. El hombre estaba fascinado en el Acelerador y, del grupo, era el que más interés mostraba por las explicaciones que se les facilitaba. Aquel hombre, miraba intensamente cada uno de los ingenios que la guía les enseñaba y atendía a sus complejas funciones con interés.

Tras regresar al Wilson, el anciano dio las gracias muy efusivamente a la guía y le comentó que estaba gratamente sorprendido de todo lo que allí había podido ver. La guía, entonces le comentó: “Su cara me es familiar ¿Nos hemos visto antes?. El hombre respondió afirmativamente y le dijo su nombre. Llevaba más de veinte años empleado en el Fermilab. Era un teórico que trabajaba en el Departamento de estudios teóricos en Wilson Hall, a diferencia de los físicos experimentales que trabajan en las salas de control del detector en relación directa con el acelerador, ellos, los teóricos, estaban en despachos entre ordenadores y complejas ecuaciones tratándo de despejar las incognitas surgidas de los experimentos.

Aquel hombre, en 20 maños, nunca había visto el Acelerador. Simplemente se había dedicado a estudiar los resultados de las colisiones. Y, lo gracioso del caso es que, su visita al acelerador había sido un equívoco, ya que, por error cuando salió de la oficina a desayunar, estaba pensativo y elucubrando en su mente sobre los últimos resultados que había analizado, y, sin darse cuenta, en lugar de colocarse en la cola de la Cafetería se colocó en la cola de visitantes del Acelerador y, de esa manera, tras veinte años de trabajar allí, pudo contemplar al fín el ingenio que, bajo Tierra, trataba de descubrir los secretos del Universo.

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La astronomía es el estudio de los cuerpos celestes, sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos, y es, sin duda, la ciencia más antigua. Puede decirse que nació con el hombre y que está íntimamente ligada a su naturaleza de ser pensante, a su deseo de medir el tiempo, de poner orden en las cosas conocidas (o que cree conocer), a su necesidad de hallar una dirección, de orientarse en sus viajes, de organizar las labores agrícolas o de dominar la naturaleza y las estaciones y planificar el futuro.

Los hallazgos arqueológicos más antiguos muestran sorprendentes contenidos astronómicos. Stonehenge se construyó sobre conocimientos astronómicos muy precisos. También se desprende una función astronómica de la disposición de los crómlech y monolitos bretones, los trilitos ingleses, las piedras  y túmulos irlandeses, la medicine Wheel de los indios norteamericanos, o la Casa Rinconada de los indios anasazi. Es evidente la importancia astronómico-religiosa de los yacimientos mayas  de Uaxactun, Copán y Caracol, de las construcciones incas de Cuzco o de Machu Picchu, así como la función exquisitamente científica de antiguos observatorios astronómicos indios, árabes o chinos.

Cuanto más avanzan los estudios arqueoastronómicos más numerosas son las pruebas de los conocimientos astronómicos  de nuestros antepasados y más retrocede la fecha en que estos comenzaron. El último indicio relaciona el estudio del cielo con las pinturas rupestres de Lascaux. Tanto si este descubrimiento es válido como si no, es indudable que la contemplación del cielo nocturno ha suscitado admiración, temor e interrogantes desde la noche de los tiempos ¿Cuál es la naturaleza de los cuerpos celestes? ¿Por qué se mueven? ¿Cómo se mueven? ¿Interaccionan entre sí? Perro sobre todo, ¿influyen en la Tierra y en el destino de sus habitantes? ¿Podemos prever dichos efectos y leer el futuro en el movimiento de los planetas? Todas las civilizaciones de todas las épocas han hallado sus propias respuestas a estas preguntas y a otras similares, y a menudo se ha tratado de respuestas relacionadas con complejos mitos cosmológicos.

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COPÉRNICO: UNA REVOLUCIÓN SILENCIOSA

Por fin el hombre reconoció que la Tierra, considerada plana a pesar de Tolomeo, era una esfera inexplorada. Se difundió el uso de la imprenta y hacia mediados del siglo XV se abrieron las puertas al descubrimiento del mundo, así como a la circulación de ideas. Venían cambios radicales.

La primera doctrina en resentirse fue la astronomía. A los viajeros no les satisfacía el modelo tolemaico y para “identificar“ referencias geográficas necesitaban tablas de movimientos planetarios mucho más precisas. También se revisó el calendario, pues hasta la fecha se usaba el calendario de Julio César. Hacía falta algo nuevo y los intentos de salvar el sistema tolemaico añadiendo nuevas esferas y epiciclos habían transformado el universo en una maraña de círculos en rotación.

En ese momento Nicolás Copérnico  (del nombre polaco Nicklas Koppernigk, 1473-1543) lanzó su mensaje de renovación. Rechazó todo lo que había aprendido, negó que filósofos, científicos y teólogos hubieran explicado la realidad, negó que lo que parecía evidente- que el Sol se levantara, se moviera en el cielo y se pusiese- correspondiera a la verdad.

Destronó a los hijos de Dios del centro del Universo en una época en que uno de ellos era condenado a la hoguera por mucho menos, y tuvo la audacia de declarar que el planeta del hombre era sólo uno de los muchos que giran alrededor del Sol.

Pero su doctrina era la de la escuela Pitagórica, esto es, comunicar sus ideas en voz baja y sólo a pocos iniciados. De esta forma, su trabajo pretendidamente teórico avanzó en silencio y Copérnico realizó pocas observaciones directas, se fió de los datos de los observadores de la Antigüedad, de quiénes leyó los originales, y examinó las críticas y las dudas sobre el sistema tolemaico. Tal como escribió en De revolutionibus orbium caelestium (“Sobre las revoluciones de los cuerpos celestes “ ), fue la diversidad de opiniones, incertidumbres e incongruencias halladas lo que le convenció de que algo fallaba en la teoría tolemaica.

Pero, al igual que la de Tolomeo, su construcción era exquisitamente matemática y su pensamiento esencialmente aristotélico. Era cierto que el Sol se hallaba en el centro y a su alrededor rotaban los planetas, pero todo seguía igual: las órbitas eran perfectamente circulares, el movimiento natural de la Tierra no estaba sujeto a las fuerzas; la Tierra, el Sol y e universo eran esféricos porque “esta forma es la más perfecta de todas, una integridad total […] que debe atribuirse a cuerpos divinos “. Pero se introdujo algo radicalmente nuevo: Copérnico, contra toda evidencia, creía que el movimiento de la Tierra era real y que la geometría astronómica describía el verdadero funcionamiento de la máquina celeste.

Para elaborar su sistema heliocéntrico empleó 25 años, durante los cuales tuvo que guardar su secreto por temor a ser denunciado. A los 63 años aún no había publicado nada, pero los rumores sobre su trabajo se habían extendido. En 1539, Retico, un joven profesor luterano de la Universidad de Witternberg, estudió el manuscrito De revolutionibus y consiguió la autorización de Copérnico para escribir un resumen, publicado en 1540, que cosechó un éxito inmediato. Copérnico fue presentado como un nuevo Tolomeo y, por fin, se decidió a divulgar su trabajo. Murió en 1542, antes de ver sus efectos. Quizá porque el prefacio, escrito por una tercera persona, declaraba que la teoría publicada era sólo una opinión entre tantas, quizá por las excelentes relaciones que Copérnico mantuvo con la Iglesia, lo cierto es que el libro no fue retirado hasta 1616. Se produjo una reacción, pero quedó circunscrita a las élites académicas. De nuevo, tuvo que pasar mucho tiempo para que las cosas cambiaran.

emilio silvera

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KEPLER Y BRAHE: LAS PRUEBAS MATEMÁTICAS

El alemán Johannes Kepler (1571-1630)  estudió matemáticas y astronomía a partir de textos antiguos, escribió en latín y realizó pronósticos astrológicos de meteorología y agricultura que le hicieron famoso. Era religioso y místico, y veía en la astrología un instrumente esencial para interpretar el nexo entre el hombre y el cosmos. Estaba convencido de que en cualquier fenómeno podía hallarse  un orden superior o una armonía geométrica. Era un copernicano convencido y ya en su Misterio cósmico explicaba cómo algunas observaciones que Tolomeo no consiguió aclarar hallaban fácil solución en el sistema de Copérnico. Pero las cuestiones que se planteaba derivaban de su búsqueda de la armonía y sus explicaciones formaban parte de un contexto complejo donde la astrología, simbolismo, religión y necesidad de perfección geométrica y matemática desempeñan un papel esencial. Esferas copernicanas, vértices, caras y lados de sólidos perfectos interpuestos a las órbitas planetarias, las órbitas mismas y sus relaciones matemáticas…Para Kepler todo estaba unido a una única armonía: al construir el mundo, Dios siguió leyes matemáticas y geométricas, y la teoría copernicana se ajustaba a dicho esquema.

Brahe brindó una ocasión de oro a Kepler para hallar las pruebas numéricas de esta idea cuando le ofreció su inmenso archivo de observaciones. Tycho Brahe (Dinamarca, 1546-1601) estaba obsesionado por la precisión. Para realizar observaciones más exactas, construyó nuevos instrumentos. Su fama rebasó las fronteras del país y el rey de Dinamarca le ofreció la isla de Hveen para construir un observatorio. Uranibog, el primer observatorio europeo, era futurista: torres, cúpulas, péndulos, cuadrantes solares, globos solares, un cuadrante mural de más de 4,5 m de diámetro, un globo celeste de bronce de 1,6 m de diámetro y en el sótano los talleres para construir los instrumentos, el laboratorio de alquimia, la imprenta, la fábrica de papel…También construyó un segundo observatorio subterráneo, del que sólo emergían las cúpulas: Stjoernerborg.

Durante su vida Brahe acumulo datos, medidas y observaciones; usó nuevos métodos de medición que contuvieron los errores entre 1 ‘y 2 ‘, un resultado excepcional si se piensa que nadie había tomado medidas con errores inferiores a 8’-10’. Durante años, día tras día anotó cada fenómeno celeste: la posición de las estrellas, el Sol y los planetas, la distancia y el movimiento de los cometas, observó la explosión de la nova de 1572, que tardó poco más de un año en desaparecer, y comprendió que la hipótesis de Tolomeo no podía explicar lo que estaba viendo.

Brahe no fue copernicano, afirmó que la Tierra, “pesada y perezosa”, “no puede moverse “, pues sería contrario a las evidencias física y religiosa. Pero tampoco fue tolemaico cuando sostenía que las estrellas no eran inmutables, y que los cometas seguían una órbita “no exactamente circular, sino oblonga, como la figura oval “, premisas que rompían con la idea de esferas de cristal. Propuso una hipótesis sobre el universo que conjugaba los fenómenos con las Escrituras, lo que gustó a todos: físicos, filósofos, católicos y protestantes. Poco importaba que su universo fuera más complicado que el tolemaico y que para hallar la posición de los planetas hubiera que remitirse a los astrónomos procedentes.

En esa época Kepler y Brahe colaboraron juntos. Al morir Brahe legó a Kepler el puesto de matemático imperial y todos los datos recopilados. Al elaborarlos, Kepler descubrió  que era matemáticamente imposible que el Sol no estuviera en el centro del sistema solar y se convenció de que él emanaba una fuerza  que actuaba sobre el resto de los planetas.

Halló que los planetas se desplazaban por sus órbitas a velocidad variable, con lo que ganó peso la hipótesis de que las órbitas fueran elípticas, pero era tal la repulsión hacia las formas imperfectas que la mantuvo como hipótesis y volvió a calcularlo todo a partir de los datos referidos a la Tierra. Así descubrió que la Tierra giraba a velocidad no constante alrededor del Sol. La verdad emanaba de los cálculos.

A partir del examen de las cifras surgió la intuición: las velocidades varían porque varía la distancia al Sol y, con ella, la fuerza a la que se ven sometidos los planetas. Era la segunda ley de Kepler. Pero la órbita de Marte presentaba problemas y Kepler repitió las observaciones, las medidas y los cálculos. Esta vez partía de los datos antes de decidir qué tipo de órbita se adaptaba mejor a las observaciones. Fue el reto decisivo que permitió comprender que todo problema desparecía sólo si se consideraba la órbita con forma de eclipse y con el Sol en uno de los focos. Así sentó la primera ley de Kepler.

Casi por casualidad, dio con la tercera ley. Mientras preparaba una síntesis universal que armonizara la ciencia, religión, astrología, arte, filosofía, geometría y música, se dio cuenta de las relaciones entre los cuadrados y los cubos de las distancias planetarias. Acababa de superarse la astronomía de la Antigüedad. Durante cinco años repitió los cálculos 70 veces, pero, por primera vez en la historia, el modelo propuesto dejó de ser sólo una hipótesis para convertirse en la imagen del universo real. Como sucediera con Copérnico, la obra de Kepler fue incluida en el Índice.

emilio silvera

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EL PALADÍN DE LA REVOLUCIÓN

Copérnico, Brahe, Kepler y sus revolucionarias innovaciones no consiguieron acabar con la tradición tolemaica popular, ya fuera porque escribían en latín y su saber llegaba sólo a otros especialistas, ya porque se limitaban a exponer sus hipótesis sin pretender imponerlas a sus contemporáneos.

Las dudas abundaban: aunque el nuevo modelo se apoyara en datos concretos, si la Tierra se moviera, todo lo que se hallara sobre su superficie tendría que salir disparado. Una cosa era crear modelos y otra explicar algo tan extraño como eso. Pero llegó Galileo Galilei (1564 -1642), con su talante agudo y anticonformista. Este italiano orgulloso, irónico, polémico, literato y físico, amante de la discusión, gran trabajador y excelente artesano, creador de nuevos instrumentos y experimentos, iba a sentar los fundamentos de la física moderna e idear el método científico que abriría las puertas a la era moderna.

Al principio trabajaba con imanes, termómetros, con el movimiento y la mecánica, deducía leyes y afirmaba que los cuerpos tienden a caer por el efecto de la gravedad.- Creía que los movimientos planetarios eran naturales, uniformes y circulares, en contraposición a la teoría de Kepler, quien le había mandado su Misterio cósmico, y criticaba su confianza ciega en los datos de Brahe: Galilei argumentaba que alguien capaz de realizar instrumentos y experimentos debía conocer lo inexactas que podían ser las mediciones. Estaba convencido de que la realidad sólo podía conocerse a través de experimentos ideales, extrapolados a partir de lo obtenido mejorando al máximo los instrumentos.

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