CONCEPCIONES DE LOS ESTUDIANTES E HISTORIA DE LA CIENCIA: EL CASO DEL CONCEPTO DE VAC?O

1.5 El concepto de espacio vacío y sus implicaciones en la historia de la ciencia.

Llegados a este punto, parece conveniente, antes de iniciar cualquier tipo de trabajo experimental con los estudiantes, proceder al estudio de la historia de la ciencia tanto para obtener información de las dificultades y resistencias que se presentaron en relación con el concepto de espacio vacío, como para conocer lo que la ciencia contemporánea sostiene acerca de dicho concepto.

Hemos recogido las distintas concepciones que se han defendido en distintos momentos de la historia de la ciencia en torno al concepto de espacio vacío. Estas concepciones tuvieron una gran influencia en la formación y desarrollo de conceptos en varias áreas de las ciencias físicas. De hecho, las concepciones plenistas o negadoras del espacio vacío se erigieron en algunos períodos de la historia del pensamiento en verdaderos obstáculos epistemológicos que frenaron el progreso científico.

La historia de la ciencia la hemos dividido en ocho bloques: Ciencia Griega, Ciencia Àrabe, Escolásticos, Renacimiento, Siglo XVII, Siglo XVIII, Siglo XIX y Siglo XX. Comenzaremos, pues, con las ideas de los filósofos griegos y acabaremos con las ideas aceptadas por la mayoría de la comunidad científica contemporánea.

1.5.1.Ciencia Griega.

El primer filósofo que a la hora de hablar de materia introdujo el concepto de espacio fue Anaxímenes. Vivió durante la primera mitad del siglo VI a.C. y perteneció a la denominada Escuela Jónica. Sostuvo que todo era vapor y que la materia adoptaba formas diferentes como resultado de procesos de rarefacción y condensación. Según él lo que diferenciaba una forma de materia u otra era la cantidad de materia contenida en un espacio dado (vacío).

A finales del mismo siglo que vivió Anaxímenes se destacó Parménides, fundador de la Escuela Eleática. Negó la posibilidad del movimiento y del cambio. Negó la existencia del vacío, afirmando que existía una plenitud absoluta del Ser, materia o elemento fundamental del cual el mundo está hecho. Rechazó la idea de Anaxímenes de un principio fundamental diluido o concentrado en un espacio vacío y sostuvo que, por el contrario, el espacio debía estar absolutamente lleno.

Empédocles, a mediados del siglo V a.C., diferenció el aire del espacio vacío, esto es, demostró la corporeidad del aire. Lo hizo experimentalmente mediante una clepsidra, llegando a la conclusión de que los recipientes que llamamos vacíos están en realidad llenos de aire. También demostró cómo superar las limitaciones de nuestra percepción, y descubrir, mediante procesos de inferencia basados en la observación empírica, verdades no aprehensibles directamente.

El primer científico en postular la constitución atómica de la materia se llamaba Leucipo, quien en la segunda mitad del siglo V a.C. pensaba que la materia primaria era sólida, indestructible e inmóvil y poseída de la absoluta plenitud del Ser. Además, de acuerdo con sus ideas, la materia existía en forma de partículas pequeñísimas que no podían ser percibidas por nuestros sentidos. Estas partículas, los átomos, eran infinitas en número e impenetrables, y estaban separadas entre sí por vacío. Todas las cosas perceptibles eran meramente el efecto sobre nuestros sentidos de átomos de diferentes formas y tamaños, agrupados de múltiples formas.

De un discípulo de Leucipo, Demócrito, somos deudores de un modelo de constitución del Universo basado en la teoría atómica. Los elementos que utilizó para componer el mundo fueron dos: átomos indivisibles e impenetrables y vacío. En este modelo los átomos se mueven violentamente en el vacío, chocan entre sí y se transfieren energía. Los átomos más pesados, lógicamente, se mueven menos y su concentración produce las sustancias terrestres más pesadas, que se encuentran en el centro del mundo. Alrededor están los átomos más ligaros, con mayor movimiento. Éstos forman primero agua, luego aire y finalmente fuego.

Con Platón (427-367 a.C.) se llega a una concepción matemática del espacio, que él imagina como dimensiones independientes de los cuerpos. En el espacio, los cuerpos existen y se mueven, es el receptáculo de todas las cosas, y es tan real como las ideas eternas. La parte del espacio ocupada por un cuerpo, se corresponde con el lugar del cuerpo, la parte no ocupada es espacio vacío. Como vemos, se trata de una visión muy similar a la sostenida por los atomistas.

La física de Aristóteles (384-322 a.C.), a la que se ha llamado del sentido común, recoge en diversos puntos la explícita negación del espacio vacío. Para fundamentar esta aseveración empleó diversos argumentos que ahora expondremos. En primer lugar, en la explicación del movimiento de los cuerpos postula la necesidad de la acción de un motor y constata la resistencia del medio en que se mueven. Esta resistencia del medio, que depende de su densidad (a mayor densidad mayor resistencia), frena el impulso del motor. Si no hubiera resistencia, como es el caso del vacío, el impulso motor no cesaría y el móvil adquiriría una velocidad infinita, lo que no tiene sentido. Así pues, como el vacío no existe, la materia no puede estar constituida de átomos, como afirmaban los defensores de la teoría atómica, sino que debe ser continua. Por otra parte, para explicar por qué se mantenía el movimiento de un cuerpo en el aire una vez éste abandonaba el agente propulsor, Aristóteles dice que es justamente el aire que se precipita tras el cuerpo para evitar el vacío, el que le transmite la fuerza necesaria para continuar la trayectoria. Es decir, el espacio ha de estar lleno de materia para transmitir efectos físicos por contacto.

En la cosmología aristotélica la Tierra se situa en el centro y alrededor de ella se suceden regiones de agua aire y fuego, donde cada cosa posee un lugar propio conforme a su naturaleza, un lugar natural. Este conjunto forma lo que llama el mundo sublunar, a partir del cual se extiende la región del éter y de las esferas celestes que se mueven en torno a la Tierra. La primera esfera es la de la Luna y la última la de las estrellas fijas. Todos los cuerpos que forman el Universo son contiguos unos a otros, constituyendo un plenum. El movimiento de las cosas representa un desorden cósmico, por ello debe recuperarse el equilibrio de las cosas de tal manera que éstas ocupen su lugar natural. Como en el vacío no puede haber lugares naturales, tampoco puede haber movimiento.

Epicuro (340-270 a.C.) introdujo algunas modificaciones a la teoría de los átomos y vacío de Demócrito. Estableció que los átomos diferentes tendrían pesos distintos, pero todos caerían con la misma velocidad. Esta misma idea la aplicó a los cuerpos en general, señalando que las diferencias de velocidad entre dos cuerpos en un medio resistente dado se debían a diferencias en proporción de la resistencia al peso.

En el prefacio de la Neumática de Herón de Alejandría (siglo I a.C.) se relatan un conjunto de experimentos sobre el vacío que se atribuyen a Estratón, de quien se conoce muy poco. De él se sabe tan sólo que dirigió el Liceo de Atenas entre 287 y 269 a.C. Este filósofo combinó el atomismo con concepciones aristotélicas y adoptó una perspectiva empírica sobre la existencia del vacío. Defendió que en todas las sustancias, a excepción del diamante, había espacios vacíos esparcidos entre las partículas. Empleó esta teoría del vacío discontinuo en la interpretación de muchos fenómenos. Así, por ejemplo, afirma que si el vacío no existiera, ni la luz ni el calor podrían atravesar el agua. No obstante esto, rechazó la idea de un vacío externo a los cuerpos.