TRAS LA MENTE DEL GENIO: LOS MAYORES APORTES DE GALILEO GALILEI

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Tomado de MUY Interesante

Del celatone al reloj mecánico, Galileo fue capaz de mostrar al mundo una buena cantidad de ingenios totalmente revolucionarios para su época.

Madrid.- Galielo Galilei es conocido por sus aportaciones a la astronomía, la física y, en general, es considerado como padre de la ciencia experimental. Y es esa palabra, experimental, lo que mejor define su pensamiento y su obra, porque el paso de la teoría a la acción por medio del diseño y realización de experimentos requiere de cierta habilidad manual.

Fue, por lo tanto, mucho más que un descubridor de los secretos del mundo natural. Fue, también, un gran inventor.

Litografía de Galileo Galilei mostrando uno de sus inventos.

Litografía de Galileo Galilei mostrando uno de sus inventos.AP / L. Turgis Jeune

Un compás geométrico y militar

Entre 1595 y 1598, Galileo diseñó y perfeccionó un artilugio con el que pensó que podría hacerse rico: un compás geométrico pensado para ser utilizado en artillería y en topografía. Este compás estaba compuesto de dos brazos articulados y graduados que, utilizados conjuntamente, permitía realizar diversos cálculos matemáticos. Hay que tener en cuenta que una de las principales preocupaciones de Galileo fue siempre el dinero.

Su situación económica, a cargo de su familia, no era precisamente muy buena y pasó por varias épocas de verdadera estrechez material. Por ello, utilizó su ingenio para crear diversos artilugios con los que pretendió ganar lo suficiente como para dedicar el tiempo a su verdadera pasión: la observación y experimentación sobre el mundo natural.

Aunque el compás geométrico es considerado el primer invento de Galileo, hay que recordar que anteriormente ya había realizado algunos logros dignos de mención en el campo de la ingeniería. En 1594, por ejemplo, había conseguido que el senado veneciano le otorgara una licencia o primitiva patente sobre una máquina hidráulica para elevar agua. Con el tiempo, Galileo fue también asesor en varias obras de ingeniería hidráulica, como construcción de canales y de infraestructuras pensadas para prevenir inundaciones. La aventura de su primera máquina hidráulica no le llevó muy lejos, por lo que volvió a intentar mejorar su situación económica con su compás, basado en modelos anteriores de genios como Tartaglia.

Compás geométrico ideado por Galileo (1597)

Compás geométrico ideado por Galileo (1597)Museo Galileo

El modelo de negocio de Galileo parecía que le llevaría al éxito. Pretendía vender el compás por una cantidad de dinero relativamente económica, para luego vender al usuario un curso sobre cómo manejarlo correctamente por un precio superior al coste del propio compás. Este invento le dio varios sustos. Uno de ellos fue una demanda judicial por plagio por parte de un matemático que pretendía tener la primacía sobre el manual de instrucciones del ingenio. Galileo ganó el juicio y el negocio comenzó a despegar.

Los militares compraban el compás para calcular con precisión la elevación de los cañones y así poder regular de forma certera las cargas de pólvora para realizar disparos exitosos. Por otro lado, el invento se podía utilizar para realizar cálculos geométricos, con él se podía planificar la construcción de cualquier polígono regular y calcular su área, junto con muchos otros cálculos.

Galileo licenció su invento a un artesano que fabricó más de un centenar de unidades del compás, que se vendía junto con el polémico manual de instrucciones y el curso para lograr gran destreza con el artilugio.

Recreación de Galileo dando clase en la Universidad de Padua. En 1592 obtiene allí la cátedra de matemáticas en, en la que permanecerá hasta 1610.

Recreación de Galileo dando clase en la Universidad de Padua. AGE

La necesidad de contar con instrumentos de medición

El método experimental de Galileo, aliado fiel de esa herramienta única que es el lenguaje universal de las matemáticas, requería de poder realizar mediciones precisas sobre los fenómenos físicos estudiados. No es problema, hoy en día es muy sencillo acudir a cualquier proveedor de material para laboratorio que pondrá a nuestra disposición todo tipo de aparatos de medición.

Pero en tiempos de Galileo todo estaba por hacer. No había tienda alguna en la que poder comprar barómetros o termómetros, ni tan siquiera relojes mínimamente precisos. Nuestro genio hubo de luchar contra esas limitaciones, diseñando y construyendo él mismo los aparatos que iba necesitando según avanzaba en su exploración del mundo físico. En ocasiones, tuvo el auxilio de artesanos, pero en muchas otras construyó aquellos aparatos y diseños experimentales él mismo.

Fueron muchas las creaciones experimentales de Galileo, pero destaca una en especial: su termoscopio o «termómetro de agua», como es llamado en ocasiones. Técnicamente no es un termómetro, dado que un termoscopio permite mostrar cambios en la temperatura pero no cuenta con una escala graduada.

Ideado en 1593 y basado en sus experimentos con balanzas hidrostáticas, el termoscopio de Galileo era capaz de mostrar diferencias de temperatura utilizando los fenómenos de expansión y contracción de una burbuja de aire dentro de un tubo de agua. No es que fuera un método muy preciso de medir la temperatura, pero supuso un gran salto experimental en esa tarea.

Las mencionadas balanzas hidrostáticas también habían sido un invento galileano, ideado en 1585 y conocido como bilancetta, que se basaba en el principio de Arquímedes. Esas balanzas se utilizaban para estudiar el empuje ascensional provocado en diversos fluidos por los cuerpos inmersos en su seno.

Muchas otras aportaciones experimentales de Galileo abrieron las puertas a nuevos inventos. Por ejemplo, sus esfuerzos para crear un instrumento capaz de medir con precisión distancias con un telescopio astronómico, en concreto durante el estudio de los satélites de Júpiter, llevó más tarde a la creación de instrumentos de precisión como el micrómetro.

Galileo muestra su telescopio en la plaza de San Marcos, Venecia

Galileo muestra su telescopio en la plaza de San Marcos, VeneciaAGE

El telescopio astronómico

Galileo no inventó el telescopio. De hecho, ya tenían cierta historia cuando Galileo fijó su atención en ellos en 1609. Fue el 25 de agosto de ese año cuando nuestro sabio presentó su modelo de telescopio ante el senado veneciano. Lo que sucedió a partir de entonces cambió la astronomía, y la ciencia en general, para siempre. Galileo decide utilizar este artilugio para observar los cielos, mirando más allá de las observaciones terrestres que habían ocupado a sus contemporáneos. Con el telescopio observó las manchas solares, en una práctica peligrosa que sin duda influyó en la ceguera que le acompañó hacia el final de su vida. También observó la superficie de la Luna, descubrió los anillos de Saturno (aunque no verificó tal naturaleza, sino que los calificó como apéndices salientes o asas) y descubrió en enero de 1610 los principales satélites de Júpiter que, por motivos obvios, son conocidos como galileanos.

Estas observaciones y descubrimientos astronómicos, entre otros, forjaron la revolución que abrió las puertas a la ciencia experimental moderna. Galileo no inventó el telescopio, pero fue quien lo convirtió en el instrumento clave de la astronomía. Su habilidad mecánica era tal que construyó sus propios modelos de telescopio, en ocasiones con materiales que hoy calificaríamos como reciclados. Se cuenta que el tubo de su primer telescopio probablemente procedía de una antiguo órgano.

Los telescopios se comercializaban ya entonces, sobre todo por parte de fabricantes ópticos de Países Bajos, para permitir observaciones terrestres pensando en el comercio y en la defensa militar. La capacidad para poder ver la lejanía podría ofrecer ciertas ventajas que Galileo pretendía explorar comercialmente. Así, en agosto de 1609, realizó una demostración de su primer telescopio en lo alto de la torre de San Marcos en Venecia ante un grupo de nobles de la ciudad.

 La promesa de servir como sistema de alerta temprana ante posibles ataques animó a Galileo a pensar que aquello iba a ser todo un éxito. Sin embargo, muy pronto sucedió algo que cambió para siempre la forma en que se utilizaban los telescopios. Galileo volvió la vista al cielo para intentar descubrir qué se escondía en sus profundidades utilizando de forma sistemática un telescopio. Y ello cambió el mundo para siempre. Naturalmente, no fue el primero en hacerlo, pero sí fue quien estableció un método propio para, de forma persistente, realizar observaciones astronómicas utilizando telescopios de fabricación propia cada vez más perfeccionados.

Todo había comenzado con una figura inquieta, Paolo Sarpi. Este religioso y científico veneciano había conocido los telescopios fabricados en Países Bajos por Lippershey a finales de 1608 a través de cartas de Giacomo Badoer, alumno de Galileo, que se encontraba en París. Conoció así Sarpi cómo se configuraban las lentes de los telescopios de origen holandés, información a partir de la cual Galileo desarrolló un modelo perfeccionado. 

El modelo de telescopio galileano capta la luz de objetos lejanos empleando un conjunto de lentes por medio de la refracción de la luz. Se trata, por tanto, de un telescopio refractor, como otros que ya existían por entonces, pero mejorado con un sistema de pulido de lentes muy perfeccionado.

Incluso los primeros modelos de telescopio de Galileo eran ya superiores a los procedentes de Países Bajos, ofreciendo hasta nueve aumentos, cuando los holandeses apenas llegaban a cuatro.

La demostración de Galileo con su telescopio en Venecia le dio la oportunidad de mejorar su situación económica, con lo que a partir de entonces pudo dedicar tiempo a su verdadera pasión: observar los cielos. Su progreso en la mejora de los telescopios fue muy rápida. Ya a finales de 1609, contaba con uno de veinte aumentos que le permitió contemplar el universo como nunca antes se había hecho. Su cada vez más refinado sistema para pulir lentes curvadas, heredado de su conocimiento teórico en óptica y gracias a la nueva tecnología de fabricación de lentes para gafas, logró que sus modelos más perfeccionados de telescopio llegaran a contar con hasta treinta aumentos. Las puertas del cielo quedaron abiertas desde entonces para los astrónomos

Zacharias Janssen y su padre Hans fabricaron el primer microscopio compuesto

Zacharias Janssen y su padre Hans fabricaron el primer microscopioAlbum

El microscopio compuesto

Fue Giovanni Faber, un médico de origen alemán al servicio del papa, que además era coleccionista de arte y botánico, quien se cree que ideó hacia 1625 el nombre «microscopio» para designar los ingenios ópticos pensados para observar el micromundo. Faber era amigo de Galileo, quien también sintió cierta pasión por explorar los territorios de lo minúsculo. El conocido como microscopio compuesto de Galileo, creado hacia 1612, es un aparato de pequeño tamaño con un trípode metálico que supuso un avance con respecto a los primitivos intentos de construcción de este tipo de aparatos.

Aunque sencillo, muestra que el ingenio de Galileo a la hora de construir aparatos experimentales no tenía freno.

Este microscopio consta de tres lentes: un ocular, una lente de campo y un objetivo. El conjunto, básicamente dos cilindros de madera insertados entre sí, tiene capacidad de enfoque por medio del desplazamiento de un cilindro sobre el otro. La historia de este ingenio venía de lejos. Hacia 1590, los constructores de gafas holandeses Hans Janssen y su hijo Zacharias habían construido diversos modelos de microscopio primitivo, además de explorar también el mundo de los telescopios. Aquellos primeros microscopios holandeses se extendieron por Europa y fueron perfeccionados por varios experimentadores, como Galileo, que hacia 1609 a la vez que realizaba progresos con su telescopio, construyó el primer microscopio compuesto.

Las palabras telescopio y microscopio parecen haber sido ideadas en honor a Galileo. El término telescopio, del griego «mirar de lejos», fue acuñado por el sabio griego Giovanni Demisiani en un banquete de la Accademia dei Lincei en 1611 en el que se homenajeaba a Galileo y se le incorporaba a la que fuera primera academia de ciencias de la península italiana. La jugada se repitió más tarde en el mismo marco académico con la palabra microscopio, término también de origen griego que nombra el aparato para «mirar lo pequeño», en honor a los experimentos galileanos con su microscopio compuesto.

Galileo observa la lámpara péndulo del Duomo de Pisa, Luigi Sabatelli. Fresco del interior de la Tribuna de Galileo, Florencia.

Galileo observa la lámpara péndulo del Duomo de Pisa, Luigi Sabatelli. Fresco del interior de la Tribuna de Galileo, Florencia.Wikicommons

Nace el mecanismo del péndulo

En la vida de Galileo los relojes mecánicos no eran algo común. Existían diversos mecanismos para la medición del tiempo, desde los que empleaban agua hasta los clásicos relojes de sol y algunos primitivos relojes mecánicos de dudosa precisión.

No fue hasta la creación del mecanismo de escape del reloj de péndulo y el estudio del isocrononismo pendular cuando los relojes mecánicos realmente cambiaron el mundo. Pero no fue Galileo el encargado de llevar a cabo esa revolución, sino Christiaan Huygens en 1656.

¿Por qué fue tan importante Galileo en este proceso de invención? La historia venía de lejos y, como tantas cosas en la vida del genio italiano, el origen fueron los satélites de Júpiter. El reloj de péndulo fue el sistema de medición del tiempo más preciso que existió hasta el siglo XX. El reloj de Huygens se basaba en las investigaciones sobre péndulos realizadas por Galileo cuando descubrió el isocronismo.

El que el periodo de oscilación de un péndulo dependiera de su longitud abría las puertas a un mecanismo de control de los relojes pendulares, tal como Galileo ya había pensado hacia 1612 en la época en que estaba determinando los periodos orbitales de los satélites de Júpiter.

El empeño de Galileo consistía en crear una especie de reloj de gran precisión basado en un conocimiento detallado de las órbitas de estos satélites. No era una idea equivocada, pues mucho después fue utilizada en topografía con éxito, pero Galileo no pudo llevarla a la práctica.

Fue al final de su vida cuando por fin, tras pasar mucho tiempo reflexionando sobre la posibilidad técnica de los relojes de péndulo, cuando Galileo creó el mecanismo de escape pendular que más tarde utilizó Huygens en su exitoso modelo de reloj.