¿Pero no era evidente que la Tierra gira?

(viene del post anterior) ¿Qué es lo que falla en el razonamiento de Aristóteles y de Ptolomeo, que es también el del vilipendiado clérigo saudí?

Cuando un avión vuela, el suelo que tiene debajo se mueve hacia el este a gran velocidad (ya vimos que a 1.666 km/h, si volara sobre el ecuador). A pesar de eso, al avión puede adelantar a la Tierra y volar por ejemplo de Arabia a China, porque cuando estaba en el aeropuerto compartía la velocidad del suelo, que le arrastraba… y cuando despega, a pesar de que pierde el contacto con él, no pierde la velocidad. Así que cuando sus motores aceleran al avión hasta, pongamos, 800 km/h, lo que hacen es añadir 800 km/h a los 1666 que ya tenía (si despegaba del ecuador, a la latitud de Arabia serían unos 1500 km/h).

Que el avión “lleve consigo” su velocidad inicial cuando está en el aire, a pesar de que nadie le arrastra ya, no es precisamente una idea intuitiva. Estamos diciendo que un objeto de 300 toneladas se mueve a 1500 km/h ¡sin necesidad de que nadie lo empuje! (¿Cuántos tuiteros que se mofan del clérigo estarían de acuerdo con esto si lo planteamos así? Me imagino los sarcasmos: “claro, por eso no llevan motores los aviones”)saudi-arabian-airlines-airbus-A380-800

La idea de que esto es precisamente lo que ocurre se llama Principio de Inercia: mientras la velocidad sea constante, no hace falta hacer ninguna fuerza para mantenerla. El principal mérito de su formulación se debe a Galileo, y no es raro que tardara tanto en comprenderse, porque va contra muchas evidencias cotidianas: en esencia, dice que las cosas se mueven solas. Y sin embargo, todos sabemos que un avión, para mantener su velocidad de crucero constante, tiene que tener todo el rato encendidos los motores, y consumir grandes cantidades de keroseno (producido quizás en esa Arabia Saudí que no cree que la Tierra gire).

Explicar estas aparentes contradicciones no es tan sencillo y no lo voy a hacer aquí. Al fin y al cabo, si el lector es de los que cree que la Tierra gira, seguro que puede hacerlo por sí mismo ¿no?

*

Así que en resumen: es la inercia la que invalida el argumento de Sheikh Bandar al-Khaibari contra el movimiento de la Tierra (¡ya era hora de que llamáramos al clérigo por su nombre) ..

Pero es que hay más argumentos.

Por ejemplo: si sabemos un poquito de física, entendemos que no es la velocidad la que se nota, sino la aceleración. El AVE va muy deprisa pero sólo notamos que no estamos en reposo cuando acelera, frena o traquetea (casos todos de aceleración distinta de cero). Pero en una tierra que gira, estamos sometidos a aceleración, porque aunque siempre vayamos a 1500 km/h si estamos en Arabia, la dirección de esa velocidad cambia constantemente (¡no es un movimiento rectilíneo, sino circular!) Es una aceleración apreciable ¿Por qué no la notamos?

O dicho de una manera más dramática: si damos vueltas cada vez más deprisa a un cubo lleno casi hasta el borde de agua, el agua pronto rebosa y salpica. ¿Cómo no rebosa y salpica el Golfo Pérsico si se mueve nada menos que a 1500 km/h?

Quizá ahora el lector se canse, saque a colación de nuevo a Galileo y responda que en cualquier caso, el genio de Pisa demostró con el telescopio que la Tierra se mueve.

Pues no: todo lo que Galileo vio se explicaba igual de bien con la teoría de Tycho Brahe, el probablemente el mayor astrónomo del siglo XVI, que defendía una Tierra estática en torno a la cual giraba el Sol, y alrededor del cual, a su vez, giraban los planetas.

El sistema de Tycho Brahe. Predice exactamente los mismos movimientos para los planetas que Copérnico, con la ventaja de que la Tierra no se mueve.

El sistema de Tycho Brahe. Predice exactamente los mismos movimientos para los planetas que Copérnico, con la ventaja de que la Tierra no se mueve.

¿Cuándo se demostró que la Tierra gira, entonces? Bueno, no lo voy a contar yo todo… no tuiteen tanto, lean buenos libros (si no se atreven con La Revolución Copérnicana de Kuhn, siempre tienen De Tales a Newton 😉 ) y se enterarán.

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  1. Lorenzo Hernández

    Hola Juan, me gustaría hacerle una consulta (espero no alargarme demasiado).

    La enseñanza del movimiento, y del movimiento de la Tierra en particular, ocupa gran parte del temario en 4º de la ESO y 1º de Bachillerato. El alumnado suele llegar a estos niveles convencidos de que la Tierra se mueve, jamás se lo han cuestionado y lo han aprendido por autoridad, pero cuando se les presenta las pruebas que tenían los antiguos para pensar que estaba estática y rechazaban el modelo heliocéntrico de Aristarco, y se les pregunta sobre las pruebas que tienen de que se mueve, no saben decir ninguna.

    Por otro lado, se introduce el tema del movimiento haciendo hincapié en la relatividad de Galileo y el principio de inercia. Se puede caer en la contradicción de afirmar que la Tierra se mueve y a la vez decir que el movimiento depende del sistema de referencia. Por otro lado, cabe señalar que el principio de inercia no es una prueba de que la Tierra se mueva ya que no podemos hacer ningún experimento mecánico que pruebe que nos movemos a velocidad constante.

    Hoy día podemos resumir las pruebas del movimiento de la Tierra en las siguientes:

    Alrededor del sol: la aberración de las estrellas; la paralaje de las estrellas; y el efecto Doppler-Fizeau.

    Sobre su rotación: la variación del período del péndulo a lo largo del meridiano (Jean Richer en 1679); el desplazamiento del péndulo de Foucault en 1850); la experiencia de Reich en 1831.

    La cuestión está en que si consideramos la Tierra estática, tomamos como punto de referencia la Tierra, fenómenos como la paralaje estelar, la aberración de la luz y el efecto Coriolis aparecen como fenómenos inconexos e independientes. Sin embargo, si consideramos que la Tierra se mueve estos fenómenos son explicados por la misma causa.

    Mi pregunta es que si tan sólo podemos decir que la afirmación “la Tierra gira” es más “verdadera” que “la Tierra no gira” porque explica más fenómenos o tiene la misma validez si tomamos como punto de referencia la Tierra (ya que no existe un sistema referencia absoluto) aunque tengamos que suponer que ocurren otra serie de fenómenos como que la paralaje podría ser debida a un desplazamiento de las estrellas.

    Espero haberme explicado y no haber cometido ningún error. Sé que es un tema complicado y quizá difícil de resumir y solucionar con un comentario.

    Un cordial saludo.

  2. JuanMS

    Hola Lorenzo,

    Realmente es una pregunta importante y no muy sencilla de responder. Efectivamente, a los alumnos se les dice por un lado que la Tierra realmente se mueve y por otro que todo movimiento es relativo. La clave para resolver la contradicción está en que el movimiento de la Tierra no es rectilíneo y uniforme y por tanto hay efectos no inerciales. Las pruebas “mecánicas” del movimiento de la Tierra que citas se basan justamente en eso: aparecen fuerzas para las que no podemos identificar el agente que las ejerce, fuerzas de inercia.

    Ahora bien, ¿que aparezcan fuerzas de inercia significa que hay un movimiento absoluto? Para la relatividad de Galileo sí, pero precisamente eso es lo que cambió con la Relatividad General de Einstein. Se basa en el principio de equivalencia que dice que cualquier fuerza de inercia es indistinguible localmente de un campo gravitatorio. Así que podríamos atribuir los efectos no inerciales a un campo gravitatorio y decir que la Tierra no se mueve.

    Como no las tenía todas conmigo, aproveché una entrada de este blog para preguntarle por este tema a un experto, Mariano Santander, que me respondió en los comentarios a esta entrada, su respuesta vale por toda una lección. Yo creo que eso puede resolver tu duda.

    Por otra parte, en cuanto a las pruebas astronómicas del movimiento alrededor del Sol, valdría la misma conclusión: no hay nada incongruente en suponer que la Tierra está fija y lo demás se mueve, sólo que todo es mucho más complicado. Al final, es la navaja de Occam la que dice que la Tierra gira.

  3. Lorenzo Hernández

    Supongo que más allá de la navaja de Occam un argumento para elegir un modelo u otro puede ser que aparezcan fenómenos que solamente se puedan explicar con uno de ellos. Es cierto que podemos suponer la Tierra estática y aplicar una física mucho más difícil, pero no tendría ninguna explicación lógica respecto al campo magnético terrestre, por ejemplo, que no sería posible si la Tierra estuviera estática. Las fuerzas de inercia también serían una prueba aunque lo pudiéramos asociar a un campo gravitatorio, según la Relatividad General, aunque suena algo esotérico en verdad, al menos si se le quiere explicar a alumnos de la ESO e incluso bachillerato.

    Siendo un tema tan antiguo no deja de estar de moda, ya sea por experimentos como el de Michelson y Morley, por las conferencias “bochornosas” que has mencionado en el blog o por las encuestas mal planteadas a la ciudadanía. Me estoy refiriendo a la encuesta sobre la percepción social de la ciencia en España de FECYT donde un 25% contestaron que el Sol giraba alrededor de la Tierra. La pregunta no indicaba el sistema de referencia por lo que podría haber tres respuestas posibles:

    1) La Tierra gira alrededor del Sol, si el SR es el Sol;
    2) El sol gira alrededor de la Tierra, si el SR es la Tierra;
    3) O ambos giran en torno a su centro de masas (despreciando los demás astros) si el SR es un punto en el infinito.

    La respuesta a la pregunta provocó titulares como estos: “Un 25% de los españoles cree que el Sol gira alrededor de la Tierra”. elpais.com

    http://elpais.com/elpais/2015/04/23/ciencia/1429792444_486485.html

    Aunque fueron contrarrestados por blogs como Cuentos Cuánticos:

    http://cuentos-cuanticos.com/2015/04/24/el-sol-gira-alrededor-de-la-tierra/

    Un cordial saludo.

  4. JuanMS

    Hola Lorenzo,

    Si aparecieran fenómenos que sólo se pudieran explicar en un modelo tendríamos un argumento concluyente para elegirlo, claro. El argumento estándar dice que ese fenómeno son las fuerzas de inercia, pero según la explicación que hemos discutido arriba, tales fuerzas podrían atribuirse, en relatividad general, al movimiento del resto del universo. En cuanto al campo magnético terrestre, aparece debido a movimientos relativos de unas partes de la Tierra respecto de otras… Si nos ponemos en un sistema de referencia en el que la (superficie de la) Tierra está inmóvil, esos movimientos no desaparecerían, así que el campo magnético terrestre seguiría teniendo explicación.

    No recordaba ya esa encuesta, pero tienes razón, las conclusiones que se sacan son muy simplonas. La respuesta de Cuentos Cuánticos está muy bien, y muestra que el punto de vista de alguien que entiende la ciencia no tiene mucho que ver con el del periodista. En el fondo, lo que esto indica es que enseñamos la ciencia de un modo muy dogmático: sustituimos dogmas antiguos (la Tierra es el centro y el Sol gira en torno suyo) por dogmas nuevos (lo mismo pero al revés), sin llegar a conseguir que se entiendan las cosas importantes (en este caso: el movimiento es relativo, aunque hay descripciones mucho más simples que otras).

    Por cierto, no estaría mal que en esas encuestas de percepción de la ciencia se introdujera alguna pregunta para estimar el porcentaje de aristotélicos 🙂

  5. JuanMS

    Gracias por el enlace, Lorenzo. Lo han titulado “Albert Einstein tenía razón: el movimiento rotacional es relativo”, pero parece que no han demostrado que Einstein tuviera razón sino que lo han asumido. Y lo que han demostrado es que para que la rotación sea relativa (de manera que podamos decir que la tierra no gira y que la fuerza centrífuga es en realidad causada por el giro del resto del universo) la masa del universo tiene que tener un valor, que cuadra con las estimaciones que se han encontrado por otros medios para la energía oscura.

    El artículo original está aquí y otro del mismo autor que plantea el problema más en general pero sin llegar a este último resultado está aquí. La verdad es que es un tema muy técnico, y por lo que veo no todo el mundo está de acuerdo en que Relatividad General diga que el movimiento rotacional es relativo… pero ahí dejo los artículos, a lo mejor algún día puedo volver a ellos y formarme mi propia opinión.

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