EL AGUA Y LA CIENCIA: LAS MAREAS DE GALILEO

 

En el decisivo papel que el agua ha jugado en el desarrollo de la ciencia hay un aspecto de gran interés histórico que no suele ser bien conocido: la teoría de las mareas de Galileo. Y lo es por varias razones, la primera de las cuales tiene que ver con el famoso proceso que sufrió en 1633 el sabio italiano. Otra, no menos importante, es que la teoría es gravemente errónea, pese a la gran confianza que Galileo depositó en ella.

[Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA), Universidad Rey Juan Carlos]

Desde la antigüedad, la relación entre el agua y el progreso en el conocimiento de la naturaleza (filosofía, ciencia) ha sido muy profunda. Se atribuye a Tales de Mileto (VII – VI a.C.), uno de los “siete sabios”, la idea de que el agua es el principio o materia original a partir de la cual procede el complejo mundo del que formamos parte. Posteriormente, el agua de Tales fue una de las “cuatro raíces” de Empédocles (V a.C.) que él entrelazó con el fuego de Heráclito, el aire de Anaxímenes y la tierra de Jenófanes. A partir de estas ideas primitivas, Aristóteles (IV a.C.) construyó la teoría de los cuatro elementos y las cuatro cualidades o propiedades que todos hemos estudiado. Como es bien sabido, la naturaleza no elemental del agua solo fue demostrada a finales del siglo XVIII con el descubrimiento del oxígeno y el hidrógeno.

Además de su consumo como materia prima imprescindible, el agua ha constituido también un notable recurso físico que ha contribuido notablemente al desarrollo técnico de lo humanos. Dejando a un lado el obvio aprovechamiento hidráulico (molinos de agua, canales, centrales hidroeléctricas, etc.) un curioso ejemplo con interés histórico es el uso de las clepsidras o relojes de flujo de líquido (habitualmente agua) que fueron durante siglos los instrumentos más precisos para la medida del tiempo. Todavía a finales del siglo XVI Galileo usaba una clepsidra de mercurio para medir los tiempos de bajada por deslizamiento de un cuerpo sobre un plano inclinado.

Sin embargo, el aspecto histórico-científico sobre el que versa esta comunicación relacionada con el agua es bien diferente. Se trata de la explicación que Galileo Galilei dio al fenómeno de las mareas, ese continuo flujo y reflujo de las masas acuáticas de mares y océanos. El interés no radica en la propia teoría, ni en la importancia práctica de las mareas, sino en el contexto en el que se produjo la intervención del conocido como “padre del método científico”.

En 1543, veintiún años antes del nacimiento de Galileo en Pisa, el canónigo polaco Nicolás Copérnico publicó un tratado revolucionario de astronomía que ponía al Sol en el centro del universo conocido. Utilizando este marco conceptual, el llamado sistema heliocéntrico o copernicano, la descripción matemática del movimiento de los astros tal como los vemos desde la Tierra se simplificaba mucho. Tras la muerte de Copérnico en el mismo año de 1543, se suscitó una lógica disputa científica, no religiosa, sobre la naturaleza física o matemática del modelo, ¿se trataba de un ingenioso truco que simplificaba los cálculos o verdaderamente representaba la realidad del Cosmos? Pero si el sistema de Copérnico era real, la Tierra tenía que estar moviéndose, ¡y muy deprisa! Como nadie podía demostrar el movimiento de la Tierra, el uso o no del sistema copernicano para los cálculos astronómicos era una mera cuestión de gusto particular por parte de los especialistas.

Mucho después, en 1610, siendo profesor en Padua donde estaba la universidad de la república de Venecia, Galileo publicó un pequeño librito en latín que le hizo famoso. Se llamaba Sidereus Nuncius (Mensajero de las estrellas) y explicaba brevemente cómo se veían los cielos empleando un rudimentario telescopio recién construido por él mismo. Entre otras consecuencias de la publicación, Galileo consiguió ser contratado en su patria, la república de Florencia, con la protección de la familia gobernante, los Médicis, en unas condiciones laborales y económicas excepcionales. Además fue admitido en la recién creada “Academia de los Linces” de Roma. Aunque Galileo nunca fue astrónomo profesional ni le dedicó un esfuerzo científico sistemático al estudio de la astronomía, sí debatió ampliamente en defensa de la verdad del modelo heliocéntrico. Su estilo dialéctico, agudo e hiriente, le granjeó muchos enemigos, especialmente entre los jesuitas.

Para entonces, la situación político-religiosa en Roma había cambiado en relación con la controversia geocéntrica/heliocéntrica y la creencia en el movimiento real de la Tierra no solo se consideraba un absurdo científico, sino que se asociaba con ideas de regusto herético. Por este motivo, Galileo fue amonestado por la Inquisición en 1616 y se le exigió silencio sobre esta materia cosa que hizo con gran pesar en los años siguientes hasta que en 1632 publicó su más célebre libro, aunque posiblemente no el mejor: Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo, tolemaico e copernicano.

 

Figura 1. Libro que causó el procesamiento y condena de Galileo en 16333 por la defensa del heliocentrismo y el movimiento real, no hipotético, de la Tierra.

Escrito en italiano, no en latín, es claramente un libro de propaganda en defensa del heliocentrismo, aunque aparenta ser neutral, un inocente debate entre tres personajes repartido en cuatro jornadas. ¿Por qué se atrevió a hacerlo Galileo pese a la antigua amonestación de la Inquisición? Hay muchas razones, pero fundamentalmente destacan dos:

  • Su amigo el cardenal Maffeo Barberini había sido elegido Papa (Urbano VIII) y Galileo se sentía lo suficientemente protegido.
  • Había perfeccionado su teoría de las mareas hasta tal punto que se consideraba en condiciones de probar el movimiento de la Tierra.

 
La teoría de las mareas se expone en la cuarta y última jornada del libro. El razonamiento es el siguiente. Galileo sabía que la mera traslación anual de la Tierra alrededor del Sol (AFGI alrededor de E en el dibujo inferior), aunque veloz, no tiene efecto sensible por la relatividad del movimiento uniforme que él mismo había descubierto. La rotación de diaria de la Tierra sobre su centro A (BCDL) tampoco puede explicar la oscilación del agua. Pero si se superponen ambos efectos, la situación cambia.

Figura 2. Explicación de Galileo sobre la causa de las mareas.

En el punto B los dos movimientos se refuerzan y aparece una aceleración positiva, mientras que en D se contrarrestan y la aceleración es negativa. Esos acelerones y frenazos, que no sentimos los humanos ni afectan apreciablemente a los cuerpos sólidos, sí agitan los océanos y provocan el vaivén del agua. De esta manera se explicaba la causa de las mareas y se demostraba que la Tierra se mueve.

La idea es muy original y el efecto predicho es real, pero tan minúsculo que no es la verdadera causa de las mareas. Además, la teoría es científicamente insostenible, porque no es acorde con la experiencia. Si la explicación de Galileo fuera correcta habría una marea alta (pleamar) y una marea baja (bajamar) cada día, ¡pero realmente hay dos pleamares y dos bajamares separadas unas seis horas! Además, pleamar y bajamar deberían ocurrir aproximadamente a mediodía y a medianoche, lo cual no sucede. De este modo, la más audaz teoría de Galileo, aquella que él consideraba su mayor logro científico era gravemente defectuosa. Los argumentos de Galileo en contra de la influencia de la Luna, que ya era obvia en su tiempo y conocida por todos los marinos desde antiguo, solo revela hasta qué punto la mente más brillante puede ofuscarse en ocasiones para defender lo indefendible cuando se traspasa la frontera entre la razón y la convicción. Eppur si muove.

 

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