Galileo: relatividad, inercia y método científico

En sus Diálogos, Galileo ilustró de manera magistral el principio de inercia, en la siguiente “conversación” entre Simplicio, que expresaba el punto de vista aristotélico y Salviati, que representaba el galileano. Discutiendo sobre como sería el movimiento de una esfera sobre un plano horizontal²:

Salviat:: – Pero, ¿con qué clase de movimiento? Continuamente acelerado, como en el plano inclinado hacia abajo, ¿o crecientemente retardado, como en el plano hacia arriba?

Simplicio: –No puedo ver causa alguna de aceleración o desaceleración, no habiendo pendiente hacia arriba o hacia abajo.

Salviati: –Exactamente. Pero si no hay causa alguna para el retardo de la bola, menos debería haberla para que alcance el estado de reposo; entonces, ¿hasta qué distancia continuará moviéndose la bola?

Simplicio: –Tanto como continúe la superficie sin subir ni bajar.

Salviati: –Entonces, si dicho espacio fuera ilimitado, ¿el movimiento en él sería análogamente ilimitado? Es decir, ¿perpetuo?

Simplicio: –Así me parece, si el cuerpo móvil fuera de material duradero.

De esta manera Salviati convencía a Simplicio de que el estado natural de movimiento de los cuerpos no es necesariamente el reposo sino el movimiento rectilíneo y uniforme.

El principio de inercia está íntimamente relacionado con el principio de relatividad. El hecho de que lanzando un objeto verticalmente hacia arriba no podamos detectar el estado de movimiento del sistema de referencia en que nos encontremos, fue generalizado por Galileo a todos lo fenómenos naturales conocidos hasta el momento. Así, argumentaba Galileo, en un barco en movimiento todos los procesos naturales transcurrirán de la misma manera que si el barco estuviese en reposo. Este principio de relatividad, fue utilizado posteriormente por Newton y Einstein.

Sobre la caída de los cuerpos. La refutación de Galileo a la ley de caída libre aristotélica es probablemente uno de sus resultados más conocidos. No existe certeza histórica de que haya realizado sus experimentos lanzando objetos desde la torre de Pisa, sí en cambio de sus estudios basados en experimentos con planos inclinados.

Las conclusiones de Galileo acerca del estado natural de movimiento de los cuerpos están también didácticamente explicitadas en los diálogos:

Simplicio: –No puede haber duda de que un cuerpo que se mueve en un medio único tiene una velocidad fija determinada por la Naturaleza…

Salviati: –Entonces, si tomamos dos cuerpos cuyas velocidades naturales sean diferentes, es evidente que, al unirlos, el más rápido será retardado por el más lento, y este algo acelerado por el otro. ¿No estás de acuerdo con mi opinión?

Simplicio: –No hay dudas de que tienes razón.

Salviati: –Pero si esto es cierto y si una piedra se mueve con una velocidad de, digamos, ocho, mientras otra menor se mueve con una velocidad de cuatro, cuando se unan, el sistema se moverá con una velocidad inferior a ocho; en cambio, cuando las dos piedras estén juntas constituirán una piedra mayor que aquella que antes se movía con velocidad ocho. Por lo tanto, el cuerpo más pesado se mueve a menor velocidad que el liviano; efecto contrario a tu hipótesis…

Realizando experimentos y utilizando razonamientos de este tipo concluyó que los cuerpos en caída libre se mueven con aceleración constante, y que esa aceleración depende muy levemente del peso de los cuerpos. Esta dependencia se debe al rozamiento con el aire y desaparece si la caída libre es en vacío. Estos resultados son la base del principio de equivalencia que Einstein formuló en 1907, y que es uno de los pilares de la Teoría General de la Relatividad

Para resumir las contribuciones de Galileo a la mecánica, podemos citar a Newton, quien afirmó, refiriéndose a Galileo y Kepler: “...si he podido ver más allá es estando parado sobre hombros de gigantes”.

¹Esto no es estrictamente válido debido a que el movimiento de un punto sobre la superficie terrestre es acelerado. Si el tiempo de vuelo no es muy largo los efectos de la aceleración pueden despreciarse.
² Extractado de Introducción al estudio de la mecánica, materia y ondas, U. Ingaard y W .L. Kraushaar, Ed. Reverté, 1966.