Fisica Experimental en El XVIII

7/24/2019 Fisica Experimental en El XVIII

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La fsica experimental en el siglo XVIII

Antonio Len Snchez

Curso de doctorado

La precisin experimental en la fsica del siglo XVIII

Departamento de Antropologa, Lgica y Filosofa de la Ciencia

Facultad de Filosofa. UNED. Madrid


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Ciencia y filosofa en el siglo XVIII

La ciencia moderna surge una vez que se acepta la necesidad y se comprende elinters- de una descripcin del mundo natural independiente de la revelacin divina y al

margen del finalismo teolgico. Esta nueva disposicin es la que caracteriza a los

pensadores de la Revolucin Cientfica. Una revolucin que afect tanto a los

contenidos como a los mtodos y a la posicin social de la ciencia. Se rechazaron los

viejos modos de la filosofa y se buscaron nuevos maneras de investigar la naturaleza.

Francis Bacon en su Novum organum y Descartes en su Discurso del mtodo

propusieron sus opciones. Bacon la realizacin de experimentos para interrogar al

mundo. Descartes la suficiencia del poder deductivo de la razn para explicarlo. Frente

a ellos Newton se dedic a poner en prctica una brillante sntesis de experimentacin

y formalismo matemtico.

El siglo XVIII representa el triunfo final del newtonianismo frente al cartesianismo.

Razn y naturaleza son las dos palabras claves de la ciencia y la filosofa del XVIII. Los

mtodos de la lgica formal van siendo reemplazados por los mtodos de las ciencias

naturales. Las leyes de la naturaleza son las autnticas leyes de la razn. Pero esas leyes,

se piensa, han sido libremente elegidas por Dios y, por lo tanto, no es posible

descubrirlas con el simple razonamiento. Se comprende entonces la necesidad de la

experimentacin para descubrir las leyes naturales. Leyes que en realidad revelan la

voluntad divina y prueban la mismsima existencia de Dios (el famoso argumento del

diseo).

El siglo XVIII conocer, adems, una importante reorganizacin de la ciencia. A

principios del siglo, la Fsica continuaba en la tradicin aristotlica de estudiar todos losfenmenos naturales, incluyendo los orgnicos. A lo largo de este siglo y en las

primeras dcadas del siguiente se independizan de ella disciplinas como la fisiologa, la

botnica o la geologa. Al final del siglo la organizacin de la fsica se aproxima ya a la

moderna disciplina que hoy conocemos con el mismo nombre. Y no slo la

organizacin, tambin el mtodo. En efecto, a lo largo del siglo ir madurando la nueva

fsica experimental que pasar de ser un mero instrumento de exploracin y exhibicin

de curiosidades a un mtodo de riguroso anlisis cuantitativo de la naturaleza. Un

mtodo que permitir, primero el descubrimiento de leyes funcionales y ms tarde la

matematizacin de amplias zonas de la nueva fsica. En otras palabras, el ideal

newtoniano de ciencia.


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Los orgenes de la fsica experimental

La naturaleza teleolgica y racional concebida por Aristteles haca innecesaria, o casiinnecesaria, la experimentacin cientfica. Aparte, claro est, de las observaciones

cuantitativas propias de la astronoma, la geodesia y otras reas de las llamadas

matemticas mixtas. A pesar de ello, algn griego hubo que experiment sobre ciertos

fenmenos naturales, especialmente los relacionados con el vaco y la neumtica. Es el

caso de Estratn (siglo III a. C.), cuyas investigaciones tcnico-cientficas motivaron la

aparicin de una corriente de experimentadores y constructores de artilugios mecnico-

neumticos a la que pertenecieron, entre otros, Ctesibio (siglo II a. C.), Filn de

Bizancio (siglo II a. C.) o Hern de Alejandra (siglo I). Bien distinta es la tradicin que

se inici durante el Renacimiento europeo y que fue conocida como magia natural. Suactividad experimental, desligada de la magia y la alquimia, se limitaba a poner de

manifiesto ciertas curiosidades de la naturaleza, casi siempre mezcladas con trucos,habilidades manuales e ilusiones pticas.

El primer fsico experimental fue, sin duda, el ingls William Gilbert (1544-1603)

que en el ao 1600 public una influyente obra sobre el magnetismo,De magnete, en laque se describen de una forma clara y precisa una gran variedad de experimentos para

probar y refutar determinadas ideas sobre el magnetismo, la electricidad y el calor. El

libro se convirti en un modelo para la buena experimentacin. Influy sobre autores

tan importante como Kepler y durante un tiempo fue la nica referencia de la filosofa

experimental. En 1620, Francis Bacon publica su Novum organum donde expone unnuevo mtodo de exploracin, tanto de la naturaleza como de las artes y las tcnicas,

basado en la experimentacin. La obra tuvo una enorme influencia en toda Europa. Lasacademias y sociedades cientficas aplicaron de inmediato el nuevo mtodo en la

investigacin de mltiples fenmenos relacionados con el fro, con el calor, con la

presin del aire, con los imanes, etc. Se investigaba cualquier cosa con el nico objetivo

de descubrir fenmenos nuevos.

Por la misma poca, Galileo realizaba numerosos experimentos mentales y reales-

relacionados sobre todo con la mecnica y la neumtica. Adems invent y mejor un

buen nmero de instrumentos cientficos tales como telescopios, microscopios,

termmetros, cronmetros y otros muchos aparatos. Pero Galileo no lleg a desarrollar

una autentica filosofa experimental, se mantuvo dentro de la tradicin matemtico

deductiva heredada de Aristteles. A pesar de ello ejerci una influencia enorme sobre

sus discpulos experimentadores. En la segunda mitad del siglo XVII Robert Boyledespleg una portentosa actividad experimental de la ms variada temtica y en la ms

estricta ortodoxia baconiana. Pero apenas logr sacar conclusiones de tanta observacin

y experimento, excepto la ley que lleva su nombre. Su continuador en la Royal Society,

Robert Hooke, de mentalidad ms matemtica, fue un magnfico constructor de

instrumentos. Finalmente, ya en las puertas del siglo XVIII, Newton, que segua la

misma tradicin matemtica de Galileo, acab incluyendo la experimentacin en su

metodologa cientfica. Fue un habilsimo experimentador, como demostr en su

ptica, llegando a ejercer tal influencia sobre los cientficos experimentales de lossiglos XVIII y XIX que su ciencia se convirti en el modelo a seguir por todos ellos.


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La fsica experimental en el siglo XVIIILa fsica experimental inicia su andadura por el siglo XVIII en el ms puro estilo

baconiano. Se explora en todas las direcciones con el nico objetivo de ver qu pasa.Pero no hay teoras que traten de dar cuenta de los fenmenos observados. Fenmenos

que muchas veces slo se producen mediante la manipulacin de los instrumentos. En

esta poca se ponen de moda las exhibiciones, ms o menos espectaculares, de ciertos

fenmenos que, como los elctricos, llamaban la atencin del pblico. Proliferaron las

venus elctricas y los monjes electrificados. Mientras tanto, en el otro bando, en el

cartesiano, se insista en la suficiencia del rigor matemtico para explicar el mundo.

Suficiencia que empez a ser contestada en esta misma poca. Los frecuentes viajes a

Inglaterra de los pensadores de la Europa continental ayudaron en la difusin tanto del

newtonianismo como de la nueva moda experimental.

Poco a poco se fueron desarrollando teoras capaces de subsumir, al menos de forma

parcial, los fenmenos observados experimentalmente. Se definieron conceptos comolos de carga elctrica o de potencial elctrico susceptibles de ser medidos y se disearon

los instrumentos de medida apropiados. Las medidas, a su vez, permitieron el

tratamiento matemtico de los resultados experimentales, y de esta forma se inici la

matematizacin de las nuevas reas experimentales de la fsica. Esta combinacin de

experimentos y formalismo matemtico se ajustaba al modelo de ciencia newtoniano

que ya por entonces era tenido como el ideal de la buena ciencia. Las puertas de las

instituciones cientficas primero en las academias y sociedades y luego en las

universidades- se fueron abriendo a los nuevos mtodos de la fsica. As, a finales del

siglo XVIII la fsica experimental era ya aceptada y entendida como el uso de los

mtodos experimentales cuantitativos para la bsqueda y el estudio de las leyes que

gobiernan el mundo inorgnico.

La fsica experimental del siglo XVIII inclua principalmente el estudio del calor, de

la luz, de la electricidad y del magnetismo. Los mismos mtodos se usaron tambin en

otras reas del conocimiento que inicialmente formaban parte de la fsica pero que a

finales del siglo se haban separado de ella para constituir nuevas ciencias. Es el caso,

por ejemplo, de la geologa, de la fisiologa o del estudio de los gases, ahora repartido

entre la fsica y la nueva qumica. Pero fue el estudio de la electricidad el que alcanz

un mayor desarrollo. Aproximadamente la mitad de los experimentadores fsicos lo eran

de la electricidad. El estudio de la electricidad se convirti en un modelo para los fsicos

experimentales.

El sistema del mundo de Newton estaba basado en la simple idea de la gravitacinuniversal. El mismo Newton haba anunciado el futuro descubrimiento de otras

atracciones y repulsiones de escala interatmica que acabaran explicando la mayor

parte de los fenmenos fsicos y qumicos. La electricidad pareca ser uno de esos

fenmenos con fuerzas interatmicas implicadas. Adems pareca ser tambin una

caracterstica universal de la materia que, por si fuera poco, se dejaba controlar

experimentalmente. Se entiende, pues, que una vez descubiertos y generosamente

exhibidos- los fenmenos elctricos pasaran a ocupar el centro de la atencin cientfica.

Se desarrollaron teoras sobre su naturaleza y se consiguieron identificar y medir los

aspectos ms significativos de los fenmenos elctricos, de modo que a finales del

XVIII ya se haban descubiertos leyes tan newtonianas como la de (Cavendish -)

Coulomb.


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Los fluidos sutiles en la fsica experimentalLos fluidos sutiles desempearon un papel esencial en el desarrollo de la fsica

experimental durante el siglo XVIII. Se entiende por fluido sutil una sustancia con

determinadas propiedades fsicas pero diferente de la materia ordinaria. Con frecuencia

presentaban propiedades extraas como la imponderabilidad, la inasibilidad, el peso

negativo o la auto repulsin. Entre ellos destacan el calrico, el flogisto, la electricidad

o el magnetismo. La existencia de atracciones y repulsiones hizo posible el desarrollo de

una infraestructura terica que permiti la definicin de conceptos fsicos medibles,

como carga elctrica, tensin elctrica o temperatura. La construccin de los

instrumentos de medida apropiados hizo posible la cuantificacin de las observaciones

que finalmente condujo a descripciones matemticas de los fenmenos analizados. Losfluidos sutiles fueron perdiendo entidad poco a poco, quedando slo los fenmenos que

ellos mismos producan. En otros casos fueron sustituidos por fluidos ordinarios (como

ocurri con el flogisto y el oxgeno). La nueva fsica, en todo caso, se fue haciendo cada

vez ms fenomenolgica y cuantitativa.

Metodologa experimental. Tipos de experimentosAparte de la magia natural, los experimentos se puede clasificar en varias categorassegn los mtodos y los objetivos perseguidos. Son las siguientes

1. Experimentos matemticos y de matemticas mixtas. Se vienen realizando desde

la ms remota antigedad. Por una parte, se incluyen aqu las medidas y

observaciones cuantitativas relacionadas con la astronoma y la geodesia. Por

otra la construccin de artilugios mecnicos, hidrulicos, de navegacin, de

medida del tiempo etc. Tienen una orientacin ms bien prctica. Incluso en

Astronoma, donde con frecuencia slo se pretende salvar las apariencias, no

explicar los fenmenos.

2. Experimentos baconianos. Proliferaron a partir del siglo XVII. Tenan una clara

naturaleza heurstica. Su objetivo principal era la exploracin de la naturaleza:descubrir y mostrar fenmenos desconocidos. Experimentos de este tipo tambin

se realizaron con el nimo de mejorar las artes y las tcnicas. Los

experimentadores ms rigurosos, como R. Boyle, solan hacer una descripcin

muy detallada de sus experimentos, sin concesiones interpretativas, lo que hacia

posible que otros pudieran repetir las mismas experiencias.

3. Experimentos de exhibicin. Se hicieron muy populares en el siglo XVIII.

Obviamente, su objetivo era exhibir pblicamente la espectacularidadde ciertos

fenmenos, sobre todo los elctricos o los neumticos. Instituciones tan

prestigiosas como la Royal Society organizaban sus sesiones (a veces diarias,

como durante la poca de Hooke) de exhibicin pblica. Las modernas Casas de


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la Ciencia parecen recuperar en los tiempos actuales ese viejo espritu de

popularizar la ciencia.

4. Experimentos didcticos. Se trata de la variante acadmica y didctica de los

anteriores. Muchos fsicos experimentales del XVIII posean su coleccin

particular de instrumentos que ponan a disposicin de las ctedras donde erancontratados para ensear su disciplina. Durante ese siglo y el siguiente las

mismas ctedras se fueron haciendo con el instrumental necesario tanto para los

propsitos docentes como para los de investigacin.

5. Experimentos mentales. Son experimentos imaginarios cuyo objetivo es ilustrar

o refutar una teora. Pueden considerarse como argumentaciones lgicas,

discursos, en los que se hacen intervenir artefactos y fenmenos imaginarios.

Descartes, Pascal o Galileo los usaron con profusin.

6. Experimentos cientficos. Se trata de experiencias diseadas y realizadas en el

marco de una teora cientfica y con un propsito bien definido. Son la va

establecida para probar o refutar las hiptesis en las ciencias experimentales. Se

exige de ellos que sean repetibles por diferentes grupos de experimentadores.

La filosofa mecnico corpuscularLa filosofa mecnico corpuscular es una herencia del siglo XVII que se consolida y

generaliza durante el XVIII. Es la filosofa de los fsicos experimentales. Las

explicaciones teleolgicas de Aristteles fueron sustituidas por otras de fundamentos

mas materialistas. El mundo natural haba de ser explicado a base de movimientos y

reagrupamientos de los corpsculos elementales que, segn ellos, constituan la materia.Para la mayora de los autores los corpsculos eran indivisibles y nicos en la especie,

con diferencias slo en la forma, el tamao y el movimiento. Todo cambio, toda

variedad, toda cualidad de la materia se haba de explicar en trminos del movimiento y

la disposicin espacio temporal de esos corpsculos universales.

Frente a estas ideas bsicas y aceptadas por todos, haba diferencias sustanciales

entre unos autores y otros. As, Descartes, uno de los fundadores de la filosofa

mecnica, no cree en la existencia de fuerzas en la materia. El universo es un gigantesco

mecanismo puesto en marcha por Dios de una vez por todas. La materia en movimiento

que observamos es suficiente para explicar todos los fenmenos. Newton acept los

fundamentos de la filosofa mecnico corpuscular pero no acept la negacin cartesiana

de la existencia de fuerzas. No pretendi explicar la naturaleza de las fuerzasgravitatorias, de cohesin o elsticas, pero estaba convencido de su existencia.

Construy su mecnica asumiendo la existencia de partculas inertes y fuerzas externas

atractivas y repulsivas que actuaban entre ellas. No crey en fuerzas innatas, excepto en

las fuerzas de inercia que no lograba explicar con la nica ayuda de las fuerzas externas.

Para Leibiniz, por el contrario, las fuerzas eran internas a la materia. Eran ms reales

que la propia materia, que para Leibniz era slo un fenmeno, una manifestacin

sensible de las interacciones entre las sustancias metafsicas activas que componen el

universo. Estas posiciones respecto al papel de las fuerzas obedecen en realidad a

motivos religiosos. Aunque en todos los casos los argumentos se poda fcilmente

volver contra los propios motivos inspiradores.


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Instituciones acadmicas

La primera institucin cientfica que acogi en su seno a la experimentacin fsica fue la

florentina Academia del Cimento, creada en el siglo XVII por discpulos de Galileo.Parece que su gran objetivo era el descrdito del aristotelismo. La Academia de

Ciencias de Paris, por la misma poca, tambin recibi la influencia baconiana.

Dedicaron buena parte de esfuerzo a realizar medidas geodsicas de precisin. En

Inglaterra fue la Royal Society de Boyle, Hooke y Newton la mejor propagandista de de

la filosofa experimental. Se organizaron sesiones pblicas de exhibicin y se nombr

un encargado de experiencias (Hooke fue el primero de ellos). El propio Newton fue

admitido en 1672 por la construccin del primer telescopio reflector y por otras

aportaciones experimentales.

Por el ao 1683 la universidad alemana de Altdorf (Nuremberg) organizaba cursos

de fsica experimental (fueron famosas las experiencias neumticas de Otto von

Guericke). En 1700, en el Hart Hall, la universidad inglesa de Oxford abri sus aulas ala fsica experimental. Y en 1707 lo hizo la de Cambridge, en el observatorio del Trinity

College. Las universidades holandesas de la poca, especialmente la de Leyden,

desempearon un papel muy importante en el desarrollo de la fsica experimental.

Hombres como Boerhaave, Gravesande, Musschenbroeck o C. von Wolff,

contribuyeron con una meritoria labor en ese sentido. En Francia, la primera ctedra de

fsica experimental se abri en 1752, en el Collge de Navarre de la Universidad de

Paris. En este mismo pas los jesuitas destacaron en la realizacin y promocin de las

actividades experimentales de la fsica.

Instrumentos cientficos

A comienzos del XVIII existan tres categoras de instrumentos cientficos: los

matemticos, los pticos y los filosficos. Tal distincin no era ms que una

consecuencia de la propia historia de la instrumentacin cientfico tcnica. Los propios

fabricantes se auto agrupaban en esas mismas categoras. Hasta finales del siglo XVI

casi todos los instrumentos eran matemticos, tiles de las llamadas matemticas mixtas

con aplicaciones en la astronoma, la navegacin, la fortificacin, la arquitectura, la

medida del tiempo, etc. Casi todos ellos eran instrumentos de medida de posiciones,

longitudes, latitudes, tiempo etc. No pretendan descubrir nada nuevo sobre el mundo,slo realizar observaciones cuantitativas.

Los instrumentos pticos se desarrollan a partir del siglo XVII. Entre ellos, el

microscopio y el telescopio jugaran un importante papel en la naciente filosofa

experimental. Mientras que los fabricantes de instrumentos matemticos pertenecan a

una larga tradicin (tan reconocida que algunos de sus mejores miembros eran acogidos

en las instituciones cientficas y en la universidad), los fabricantes de instrumentos

pticos se nutrieron de los mejores fabricantes de anteojos.

Por su parte, los instrumentos filosficos tenan como objetivo la exploracin

baconiana de la naturaleza. Las bombas neumticas, las mquinas electrostticas o los

planetarios son buenos ejemplos de este tipo de instrumentos. La popularizacin de las

exhibiciones cientficas acab estimulando su produccin comercial. Los fabricantes de


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este grupo de instrumentos no posean una tradicin clara, muchos de ellos eran los

propios cientficos ayudados por diferentes tipos de operarios.

Los mejores fabricantes de instrumentos en el siglo XVIII eran los ingleses. En las

tres categoras. Les seguan los franceses y los alemanes. Los fabricantes de

instrumentos de precisin eran considerados de una categora especial. Llegaron a teneruna gran prestigio y eran tratados como socios colaboradores de la empresa cientfica.

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