Galileo Galilei

Durante 2009, Año Internacional de la Astronomía, en todas partes se habló mucho de «el telescopio de Galileo» y de los descubrimientos que el científico realizó con él; sin embargo, poco o nada se dijo sobre sus aportaciones más relevantes para la física.

Esta es una brevísima crónica sobre el método experimental, que permitió dar el salto de la simple apreciación de los fenómenos al trabajo científico.

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Hay dos clases de imaginación poética:
la que inventa fábulas y la que está dispuesta a creérselas.
Galileo Galilei

Italia. Finales del siglo XVI.

Cuenta la leyenda que cierto día de 1590, un profesor de matemáticas convocó a toda la comunidad estudiantil al pie de la célebre torre de Pisa —ya bastante inclinada— para demostrar, por primera vez en dos mil años, que Aristóteles se había equivocado al señalar que la velocidad de la caída de los cuerpos era proporcional a su peso.

¿Quién iba a faltar a semejante convocatoria? Sobre todo si se trataba de un profesor que, una década antes, había presentado con éxito dos conferencias ante la Academia Florentina, que versaban sobre un tema bastante polémico: «Sobre la forma, localización y dimensiones del Infierno de Dante».

En la torre

Según la leyenda, desde el primer piso de la torre de Pisa, el profesor mostró ante todos tres bolsas de distintos tamaños y contenidos: en las primeras dos, había bolas de plomo de distintos tamaños, y en la última, bolas de madera. Antes de subir a lo más alto de la torre, el profesor aseguró: «¡Afirmo que todas llegarán al suelo al mismo tiempo!». Ascendió presuroso al último piso de la torre y, sin recobrar el aliento, arrojó las susodichas bolsas. Por supuesto, éstas no llegaron al suelo al mismo tiempo y todos se burlaron del profesor, Galileo Galilei.

A pesar de que no ocurrió exactamente lo que vaticinó el profesor, hubo quienes notaron que la diferencia con que llegaron las bolsas al suelo, era mucho menor que la proporcionalidad que había señalado Aristóteles, pero eso no bastó para que le renovaran a Galileo su contrato en la Universidad de Pisa.
Hasta la fecha, no hay evidencia histórica de estos acontecimientos —se cree que uno de los primeros biógrafos de Galileo fomentó esta leyenda— pero lo que sí es cierto, es que durante su estancia en la Universidad de Pisa, Galileo escribió su libro De motu —Sobre el movimiento— que nunca publicó en vida, pero en el que quedaron consignados sus primeros cuestionamientos a las ideas de Aristóteles, como aquella sobre la caída de los cuerpos.

Newton fue de los pocos que supo descifrar las confusas descripciones numéricas de Galileo y representarlas en ecuaciones más sencillas.

Sin oficio ni beneficio

Galileo nació en Pisa y era hijo de Vincenzo Galilei, un virtuoso maestro de música que le enseñó a tocar el laúd desde niño.
Al cumplir los 15 años de edad, Galileo intentó seguir la vida religiosa, pero a los tres meses de internarse en el monasterio de Santa Maria di Vallombrosa, se dio cuenta de que la devoción espiritual no era lo suyo. Su padre le sugirió que estudiara medicina, pero tampoco eso convenció al joven quien, presionado por estudiar algo, se matriculó en «Arte».

Cuatro años después, Galileo regresó a la casa de su padre, en Florencia, sin título universitario ni nada. Don Vincenzo, casi resignado a tener un hijo «sin oficio ni beneficio», se sorprendió cuando éste le mostró lo que Ostilio Ricci, matemático de la corte, le había enseñado sobre Euclides y otros pensadores de la Antigüedad.

En aquella época Galileo descubrió que las oscilaciones de la lámpara de la catedral de Pisa tardaban siempre el mismo tiempo en cumplir un ciclo, pero lo más sorprendente es que llegó a esa conclusión sólo usando su pulso como «reloj». Fue entonces que Galileo decidió abandonar sus estudios sobre Aristóteles y seguir por la senda de Arquímedes.

Contra lo que pudiera pensarse, y aun siendo profesor de matemáticas, Galileo no era muy diestro con las operaciones aritméticas y no sabía usar números decimales para registrar sus experimentos, así que sus anotaciones para explicar las fracciones resultaron farragosas.

Galileo, aparte de inteligente, era un hombre muy ambicioso y, más que por gusto al conocimiento, gran parte de sus descubrimientos y actividades estuvieron impulsados por el interés de mejores ingresos económicos y renombre en las universidades de su época. Por ejemplo, intentó vender un método para ubicar la posición de un barco en el mar por medio de un telescopio que apuntara hacia Júpiter. Por supuesto, se trataba de algo, además de laborioso, imposible de realizar con el movimiento de las olas.

Galileo jamás viajó en barco y, al final de su vida, quedó casi ciego por intentar estudiar al sol con su telescopio.

Entre «puntos, granos, tempos» y un laúd

En la actualidad, si queremos medir una distancia o el tiempo de cualquier cosa, tomamos una cinta métrica, un reloj de cuarzo y, listo, asunto arreglado. Pero en tiempos de Galileo no existían medidas precisas de ningún tipo, por ello, él se dispuso a crear su propio método de medición.

Sea cierta o no la leyenda sobre las bolsas de plomo arrojadas desde la torre de Pisa, Galileo buscó una alternativa para medir la velocidad de la caída de los cuerpos con precisión: por medio de un plano inclinado. Éste era un tablón de unos seis metros de largo, al que un carpintero le hizo una muesca longitudinal —a modo de canal—, que Galileo pulió y engrasó para evitar la menor fricción. Inclinó el tablón en diversos ángulos y, por la muesca, soltó varias pelotas de madera — también pulidas y engrasadas— hasta alcanzar una velocidad que le permitiera «encender su reloj».

Aunque la leyenda dice que Galileo empleaba su pulso para medir el tiempo, en realidad muy pocas veces recurrió a ello. A cambio inventó un reloj de agua que funcionaba así: de un recipiente grande pasaba agua hacia otro graduado, a un ritmo uniforme por medio de un tubo, que era controlado con un grifo que le permitía cortar el paso del agua. Tanto los tubos como la tabla los marcó con reglas de latón que él mismo diseñó, cuya medida de separación era de 0.094 centímetros. No se sabe con certeza cuál fue el criterio para elegir esta medida por encima de otras, pero sí, que le llamó «punto», a secas.

En el sistema métrico decimal que ahora usamos, este reloj de agua tenía un flujo de 1 440 centímetros cúbicos por segundo, es decir 16 «granos» —que es como Galileo nombró a esa unidad de agua—: cuanta más agua pasara de un recipiente a otro, más precisa sería la medida. Y al intervalo de tiempo que se necesitaba para pasar esa cantidad de agua de un recipiente a otro lo llamo «tempo», que equivalía a 1/92 segundos. Con este procedimiento, Galileo podía medir el tiempo con una precisión de casi una centésima de segundo.

Otro método, tal vez no tan preciso pero sí más divertido, para contar el tiempo, era tocando el laúd. Gracias a la teoría musical que le había enseñado su padre, Galileo interpretaba una melodía cuando la bola pasaba por una marca y terminaba cuando ésta llegaba a cierto punto: luego contaba en la partitura las notas musicales y esto le revelaba el tiempo que había transcurrido.

No existe evidencia de que Galileo, ante el tribunal del Vaticano, hubiera emitido la célebre frase que han repetido sus biógrafos hasta el hartazgo: «Y sin embargo, se mueve».

Tipos de movimiento

La evolución de los objetos en el espacio y en el tiempo se llama movimiento. Gracias a este experimento de arrojar esferas metálicas sobre el plano inclinado, Galileo llegó a la conclusión de que existen tres tipos de movimiento: uniforme, acelerado y periódico, incluido en este último el circular. A la aceleración que imprime la gravedad ahora se le llama g, precisamente porque fue Galileo quien logró determinar su velocidad: diez metros sobre segundo al cuadrado.

Con el plano inclinado, también descubrió que el movimiento de la esfera se puede descomponer en horizontal por un lado y vertical por otro, a pesar de ser ambos uniformemente acelerados. Con esto, Galileo estableció las bases del concepto de vector.

Muchos otros descubrimientos siguieron a este experimento; expresar de forma matemática los fenómenos del movimiento e incluso predecirlos, permitió avances técnicos y científicos que se emplearon en diversas actividades y oficios pero, sobre todo, con esto se estableció el método científico que marcó el inicio de la llamada «era moderna».