El (re)nacimiento de una ciencia
San Luis Potosí, 24 de abril, 2009
“Año internacional de la astronomía”
Vladimir Escalante Ramírez
Centro de Radioastronomía y Astrofísica
UNAM, Campus Morelia
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
“2009: Año internacional de la astronomía”
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Hace 400 años Galileo observó el cielo con un
telescopio (octubre o noviembre de 1609):
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Descubrió las fases de Venus.
–
Las montañas y cráteres de la Luna.
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Las estrellas dobles.
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Los satélites de Júpiter.
–
Los anillos de Saturno.
–
Las manchas solares.
¡Y publicó sus descubrimientos!
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
¿Qué vió Galileo?
© Tim Pope y Jim Mosher
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Los satélites de Júpiter
© Tim Pope y Jim Mosher
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
¿Qué vió Galileo?
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Los satélites de Júpiter
NASA Voyager 1, 1979
Io
Ganimedes
Europa
Calixto
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Otras investigaciones de Galileo
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Movimiento del péndulo.
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Cinemática e hidrostática.
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Movimiento de caída libre.
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Movimiento de proyectiles.
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Aceleración de la gravedad: cuerpos de distinto peso
caen al mismo tiempo desde la misma altura (parece que
no es cierto que se subió a la Torre de Pisa para hacer el
experimento).
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El martillo y la pluma en la Luna
(Comandante David Scott, Apolo 15)
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Año internacional de la astronomía
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En 2009 también se conmemoran 200 años del
nacimiento de Charles Darwin y 150 de la publicación
de “El origen de las especies.”
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¿Por qué Galileo?
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No fue el inventor del telescopio.
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Inventado por los holandeses Hans Lipperhey, Jacob
Metius y Sacharias Janssen en 1608.
No fue el primero en observar el cielo con un telescopio.
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Thomas Harriot de Inglaterra observó la Luna con un
telescopio de 6 aumentos en agosto de 1609.
–
Simon Mairus de Alemania decía haber descubierto los
satélites de Júpiter en diciembre de 1609 (antes que
Galileo), pero no publicó su descubrimiento hasta 1614.
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Mapa de la luna de Thomas Harriot (1609-1610)
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
La ciencia y Galileo
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Galileo trató de verificar hipótesis sobre fenómenos
naturales con observaciones y experimentos.
A veces se dice que Galileo inició la ciencia moderna (o
por lo menos la física moderna).
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
¿Qué es la ciencia?
1. “Sistema de adquirir conocimiento a través del método
científico”.
2. “Conjunto de actividades para aumentar la comprensión del
mundo físico a través del método científico”.
3. “Sistema de conocimento ocupado del mundo físico y sus
fenómenos y que implique observaciones imparciales y
experimentación sistemática”.
4. “Conjunto de conocimentos obtenidos mediante la
observación y el razonamiento, sistemáticamente
estructurados y de los que se deducen prinicipios y leyes
generales”.
5. “Conjunto de conocimientos adquiridos a través del método
científico”.
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
¿Qué es la ciencia?
1.“Sistema de adquirir conocimiento a través del
método científico”.
2.“Conjunto de actividades para aumentar la
comprensión del mundo físico a través del
método científico”.
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
¿Qué es el método científico?
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El método científico:
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Observar un fenómeno.
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Elaborar una hipótesis para explicar el fenómeno.
–
Verificar las predicciones de la hipótesis con
observaciones o experimentos.
–
Rechazar la hipótesis si las observaciones o
experimentos contradicen la hipótesis.
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Características del método científico
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Las hipótesis científicas deben ser:
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Verificables.
–
Nunca son verdades absolutas: son aceptables o
rechazables.
El conocimiento científico cambia contínuamente.
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La ciencia es un proceso de revisión continuo.
–
No hay verdades eternas.
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¿Así somos los científicos?
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CASI
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Vean “El lado oscuro” de Shi-Zhen Cheng
¿Cómo se inventan o rechazan las grandes teorías
científicas?
¿Realmente las hipótesis científicas se aceptan
únicamente en base a resultados experimentales?
¿O existen otros criterios para preferir una teoría?
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Galileo: la verdadera historia
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Galileo nunca dijo: ‘Y sin embargo se mueve,’ pero
defendió la teoría heliocéntrica de Copernico con
observaciones.
Galileo se convenció de la teoría de Copernico antes de
hacer sus observaciones con telescopio (1595).
¿Por qué?
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El problema del movimiento planetario
Mercurio (Jul 15-Sep 30, 2004)
Marte (Ago 1-Mar 15, 2006)
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Copérnico vs. Ptolomeo
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Sistema de Ptolomeo(150
AC):
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La Tierra está en el centro.
–
Cualquier movimiento es
uniforme y circular.
–
Los objetos celestes son
perfectos y no cambian su
brillo.
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Copérnico vs. Ptolomeo
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Para cada planeta se
necesitaban:
–
Un deferente girando
alrededor de un punto (X)
entre el ecuante y la Tierra
–
Un epiciclo girando sobre
el deferente.
–
Un ecuante que define el
movimiento uniforme.
–
Con la precisión del siglo
XVI se necesitaban más
de 50 círculos.
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La revolución copernicana (1543)
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Copernico objetaba
tantos epiciclos y
deferentes.
¡Pero terminó con más
de 30 epiciclos y
deferentes para igualar la
exactitud del sistema
geocéntrico!
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Galileo y Venus
(© Tom Pope y Jim Moshe)
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Galileo y Venus
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Galileo (1610) descubrió
las fases de Venus,
inexplicables con el
modelo geocéntrico.
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¿Ptolomeo invalidado?
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Tycho Brahe al rescate de Ptolomeo (1587)
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El sistema de Tycho
tenía lo mejor de los
dos modelos.
Matemáticamente es
equivalente al modelo
de Copérnico
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Los argumentos en contra de Copérnico
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Si la Tierra se moviera:
–
Sentiríamos el movimiento.
–
Las cosas en la Tierra se quedarían atrás.
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El aire se quedaría atrás.
–
Veríamos paralaje en las estrellas.
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Galileo y la inercia: marcos de referencia
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Galileo y las estrellas dobles
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Galileo y las estrellas dobles
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Paralaje
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Galileo y Mizar
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Si la Tierra se mueve debe haber paralaje en las
estrellas debido a sus distintas distancias de nosotros.
Supongamos que las estrellas son del mismo tamaño
del Sol (Incorrecto: hay estrellas 1000 veces mayores).
Supongamos que podemos medir los tamaños de Mizar
A y B con mi telescopio (Incorrecto).
Entonces Mizar A está a 300 veces la distancia TierraSol y Mizar B está a 450 veces la distancia Tierra-Sol y
debo poder notar su paralaje, y no lo notó.
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Tamaños estelares
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Mizar hoy
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Las estrellas se ven como
círculos en un telescopio
debido a la refracción.
Mizar A y B son un
sistema doble (ambas
están a 5 millones de
veces la distancia TierraSol), pero tienen distinta
luminosidad.
Mizar A y B son estrellas
dobles a su vez.
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Galileo y las mareas
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Si la Tierra se mueve, el
mar se debe mover como
se mueve el agua en un
recipiente.
Entonces las mareas
prueban que la Tierra se
mueve.
Y la teoría de Kepler
sobre las mareas estaba
mal según Galileo.
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Los argumentos del Vaticano
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En 1600 Giordano Bruno fue condenado como hereje a
ser torturado y quemado vivo en Roma por:
–
Tener opiones contrarias a la fé católica
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Tener opiniones erróneas a la Trinidad, la reencarnación y
divinidad de Cristo.
–
Tener opiniones erróneas sobre Cristo.
–
Hacer magia y adivinación.
–
Negar la virginidad de María.
–
Afirmar la existencia de otros mundos habitados en el
Universo y su eternidad.
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“Pensar es especular con imágenes.” G. Bruno
Durand (2000): “La quema de Giordano Bruno”
Etore Ferrari (1889)
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Galileo y la inquisición
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1616: el cardenal Bellarmine (el que condenó a
Giordano Bruno), advierte a Galileo no adoptar,
defender, hablar o escribir sobre la teoría de Copérnico.
1624: el papa Urbano VIII da permiso a Galileo de
escribir sobre la teoría de Copérnico, siempre y cuando
la trate como una “hipótesis.”
1633: Urbano VIII y la inquisición amenazan con tortura
a Galileo, lo obligan a abjurar de sus ideas y lo
condenan a arresto domiciliario de por vida.
1992: Juan Pablo II lamenta el juicio de Galileo, y
acepta que la Tierra se mueve.
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
¿Estaba en lo correcto la inquisición?
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1990: El Cardenal Ratzinger (ahora Benedicto XVI) cita
a Paul Feyerabend:
“La Iglesia en tiempos de Galileo se apegó mucho más
a la razón que Galileo, y tomó en consideración las
consecuecnias éticas y sociales de la enseñanza de
Galileo. Su veredicto contra Galileo fue racional y justo,
y la revisión de ese veredicto sólo se justifica en
términos de lo que convenga políticamente.”
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Kepler al rescate: “Nueva astronomía” (1609)
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Leyes de Kepler:
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La órbita de un planeta
es una elipse con el Sol
en uno de los focos.
–
La línea planeta-Sol
barre áreas iguales en
tiempos iguales.
–
a 3 es proporcional a T 2
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
¿Y las mareas?
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Galileo ignoró que hay dos mareas altas por día, y que
la marea alta se retrasa alrededor de una hora cada día.
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En 29 días, las horas de marea alta se repiten.
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La luna tarda 29 días en repetir su fase.
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Entonces debe haber una conexión entre la luna y las
mareas, según Kepler.
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¿Por qué aún los mejores científicos se equivocan?
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Deducción vs. inducción.
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Ejemplo de un razonamiento deductivo:
Si llueve, oigo ruido en mi techo.
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Ejemplo de un razonamiento inductivo:
Si oigo ruido en mi techo, está lloviendo.
¿Y qué pasa si el vecino está echando agua en mi
techo?
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La deducción da certeza absoluta
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Ejemplos de razonamientos deductivos:
Todos los seres vivos se alimentan. Una planta es un
ser vivo. Por lo tanto, una planta necesita alimento.
Si los lados menores de un triángulo rectángulo miden a
y b, y su lado mayor mide c, entonces a 2 + b 2 = c 2
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La inducción sólo da certeza probable
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La inducción generaliza a partir de particulares.
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Ejemplos de razonamiento inductivo:
Marte es un planeta. Si Marte tiene una órbita elíptica,
todos los planetas tienen órbitas elípticas (Kepler).
El Sol es una estrella. El Sol tiene un planeta habitado.
Entonces hay otras estrellas con planetas habitados
(Bruno).
Todas las estrellas son aproximadamente iguales
(Galileo).
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El problema de la inducción
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Las hipótesis (o teorías) científicas pueden ser falsas.
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Pero la ciencia se autocorrige.
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A pesar de los errores de los científicos,
LA CIENCIA ES HASTA AHORA EL PROYECTO MÁS
EXITOSO DE LA HUMANIDAD.
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¿Cuándo aceptar una nueva teoría?
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Los científicos no siempre aceptan una teoría sólo
porque explica los hechos observados.
A veces se usan argumentos más “filosóficos”:
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Simplicidad.
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Belleza.
–
Elegancia.
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Coherencia.
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Los héroes de la película
Galileo Galilei (1564-1642)
Johannes Kepler (1571-1630)
Isaac Newton (1643-1727)
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
La ciencia renace continuamente
Observatorio de Yerkes, 40 pulgadas
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
La astronomía renace con cada nuevo telescopio
Telescopio Hubble, NASA
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Nebulosa del Águila
(Bill Shoening, NOAO, AURA, NSF, Telescopio Mayall, 4 m, Kitt Peak, 1974)
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Formación estelar en la nebulosa del Águila
(J. Hester y P. Scowen, NASA, ESA, STScI, 1955)
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Buscando otros sistemas planetarios
(Marois et al., Observatorio W.M. Keck, 2008)
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
Planetas gigantes en HR8799
(Observatorio Gemini, dibujo de Lynette Cook, 2008)
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Renacimiento de una ciencia
Misión Kepler 2009
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Buscando otros mundos como la Tierra
(NASA/AMES/JPL-Caltech)
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Buscando otros mundos como la Tierra
Tránsito de Venus, 2004. El anterior fue en 1882.
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Los grandes descubrimientos científicos
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El sistema de Copérnico: la Tierra y el hombre no son el
centro del Universo.
La evolución de las especies de Darwin: el hombre es
un eslabón en la historia de la Tierra.
¿Habrá vida en otros planetas?
San Luis Potosí, Abr. 24, 2009
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