Diálogo sobre los dos principales sistemas mundiales

El libro se presenta como una serie de debates, a lo largo de cuatro días, entre dos filósofos y un profano:

• Salviati defiende la postura copernicana y presenta directamente algunas de las ideas de Galileo, llamándolo el "Académico" en honor a la pertenencia de Galileo a la Accademia dei Lincei . Recibe su nombre del amigo de Galileo, Filippo Salviati (1582-1614).
• Sagredo es un laico inteligente que inicialmente se muestra neutral. Recibe su nombre en honor a Giovanni Francesco Sagredo (1571-1620), amigo de Galileo.
• Simplicio, un fiel seguidor de Ptolomeo y Aristóteles , presenta las opiniones tradicionales y los argumentos contra la postura copernicana. Supuestamente, su nombre proviene de Simplicio de Cilicia , un comentarista del siglo VI sobre Aristóteles, pero se sospechaba que el nombre tenía un doble sentido, ya que la palabra italiana para "simple" (como en "de mente simple") es "semplice". ^{[ 8 ]} Simplicio está inspirado en dos filósofos conservadores contemporáneos: Lodovico delle Colombe (1565–1616?), oponente de Galileo, y Cesare Cremonini (1550–1631), un colega paduano que se había negado a usar el telescopio. ^{[ 9 ]} Colombe era el líder de un grupo de opositores florentinos de Galileo, al que algunos amigos de este último llamaban "la liga de las palomas". ^{[ 10 ]}

El debate no se limita a temas astronómicos, sino que abarca gran parte de la ciencia contemporánea. Parte de él sirve para mostrar lo que Galileo consideraba buena ciencia, como el análisis del trabajo de William Gilbert sobre el magnetismo. Otras partes son importantes para el debate, ya que refutan argumentos erróneos contra el movimiento de la Tierra.

Un argumento clásico contra el movimiento de la Tierra es la falta de percepción de velocidad en la superficie terrestre, a pesar de que, debido a la rotación de la Tierra, se mueve a unos 1700  km/h en el ecuador. En este contexto, existe un experimento mental en el que un hombre se encuentra bajo cubierta en un barco y no puede distinguir si este está atracado o navegando suavemente: observa el agua goteando de una botella, peces nadando en un tanque, mariposas volando, etc.; y su comportamiento es el mismo tanto si el barco está en movimiento como si no. Esta es una exposición clásica del marco de referencia inercial y refuta la objeción de que, si nos moviéramos a cientos de kilómetros por hora mientras la Tierra rota, cualquier objeto que se soltara se quedaría rápidamente atrás y se desplazaría hacia el oeste.

La mayor parte de los argumentos de Galileo se pueden dividir en tres clases:

• Refutaciones a las objeciones planteadas por los filósofos tradicionales; por ejemplo, el experimento mental del barco.
• Observaciones incompatibles con el modelo ptolemaico: las fases de Venus , por ejemplo, que simplemente no podrían ocurrir, o los movimientos aparentes de las manchas solares , que solo podrían explicarse en los sistemas ptolemaico o tychónico como resultado de una precesión implausiblemente complicada del eje de rotación del Sol. ^{[ 11 ]}
• Argumentos que demuestran que la elegante teoría unificada de los cielos que sostenían los filósofos, y que se creía que probaba que la Tierra era estacionaria, era incorrecta; por ejemplo, las montañas de la Luna , las lunas de Júpiter y la existencia misma de las manchas solares, ninguna de las cuales formaba parte de la antigua astronomía.

En general, estos argumentos se han mantenido vigentes en términos del conocimiento de los siguientes cuatro siglos. Sin embargo, su grado de convicción para un lector imparcial en 1632 sigue siendo un tema controvertido. Galileo intentó un cuarto tipo de argumento:

• Argumento físico directo a favor del movimiento de la Tierra, mediante una explicación de las mareas.

Como explicación de la causalidad de las mareas o prueba del movimiento de la Tierra, es un fracaso. El argumento fundamental es internamente inconsistente y, de hecho, lleva a la conclusión de que las mareas no existen. Sin embargo, Galileo era partidario de este argumento y le dedicó el «Cuarto Día» de la discusión. El grado de su fracaso es —como casi todo lo relacionado con Galileo— un tema controvertido. Por un lado, todo el asunto ha sido descrito recientemente en la prensa como «una locura». ^{[ 12 ]} Por otro lado, Einstein utilizó una descripción bastante diferente:

Fue el anhelo de Galileo por una prueba mecánica del movimiento de la Tierra lo que lo llevó a formular una teoría errónea sobre las mareas. Los fascinantes argumentos de la última conversación difícilmente habrían sido aceptados como prueba por Galileo si su temperamento no se hubiera impuesto. [Énfasis añadido] ^{[ 13 ] [ 14 ]}

El Diálogo no aborda el sistema tychónico , que se estaba convirtiendo en el sistema preferido de muchos astrónomos en el momento de su publicación y que, finalmente, se demostró incorrecto. El sistema tychónico es un sistema de Tierra inmóvil, pero no un sistema ptolemaico; es un sistema híbrido de los modelos copernicano y ptolemaico. Mercurio y Venus orbitan alrededor del Sol (como en el sistema copernicano) en círculos pequeños, mientras que el Sol, a su vez, orbita alrededor de una Tierra estacionaria; Marte, Júpiter y Saturno orbitan alrededor del Sol en círculos mucho mayores, lo que significa que también orbitan alrededor de la Tierra. El sistema tychónico es matemáticamente equivalente al sistema copernicano, excepto que el sistema copernicano predice una paralaje estelar , mientras que el sistema tychónico no predice ninguna. La paralaje estelar no se pudo medir hasta el siglo XIX, por lo que en aquel entonces no existía una refutación válida del sistema tychónico basada en datos empíricos, ni evidencia observacional decisiva para el sistema copernicano.

Galileo nunca tomó en serio el sistema de Tycho, como se puede apreciar en su correspondencia, considerándolo un compromiso inadecuado y físicamente insatisfactorio. Una posible explicación para la ausencia del sistema de Tycho (a pesar de las numerosas referencias a Tycho y su obra en el libro) reside en la teoría de las mareas de Galileo, que dio título original y sirvió de base para el Diálogo . Si bien los sistemas copernicano y tychónico son geométricamente equivalentes, difieren notablemente en su dinámica. La teoría de las mareas de Galileo implicaba el movimiento físico real de la Tierra; es decir, de ser cierta, habría proporcionado el tipo de prueba que el péndulo de Foucault aparentemente aportó dos siglos después. Sin la referencia a la teoría de las mareas de Galileo, no existiría diferencia alguna entre los sistemas copernicano y tychónico.

Galileo no discute la posibilidad de órbitas no circulares, aunque Johannes Kepler le había enviado una copia de su libro de 1609, Astronomia nova , en el que propone órbitas elípticas, calculando correctamente la de Marte. ^{[ 15 ]} La carta del príncipe Federico Cesi a Galileo de 1612 trató las dos leyes del movimiento planetario presentadas en el libro como conocimiento común; ^{[ 16 ] [ 17 ]} La tercera ley de Kepler se publicó en 1619. Cuatro décadas y media después de la muerte de Galileo, Isaac Newton publicó sus leyes del movimiento y la gravedad , de las cuales se deduce un sistema heliocéntrico con planetas en órbitas aproximadamente elípticas.

Salviati parte de la demostración aristotélica de la completitud y perfección del mundo (es decir, el universo) gracias a sus tres dimensiones. Simplicio señala que los pitagóricos preferían el número tres, mientras que Salviati no comprende por qué tres patas son mejores que dos o cuatro. Sugiere que los números eran «trivialidades que luego se difundieron entre el pueblo» y que sus definiciones, como las de líneas rectas y ángulos rectos, eran más útiles para establecer las dimensiones. La respuesta de Simplicio fue que Aristóteles pensaba que, en materia física, la demostración matemática no siempre era necesaria.

Salviati critica la definición aristotélica de los cielos como incorruptibles e inmutables, argumentando que solo la zona lunar muestra cambios. Señala las transformaciones observadas en el firmamento: las nuevas estrellas de 1572 y 1604 y las manchas solares , visibles a través del nuevo telescopio . Se plantea un debate sobre el uso que hace Aristóteles de los argumentos a priori . Salviati sugiere que Aristóteles recurre a su experiencia personal para elegir el argumento más adecuado, al igual que otros, y que, en las circunstancias actuales, cambiaría de opinión.

Simplicio argumenta que las manchas solares podrían ser simplemente pequeños objetos opacos que pasan frente al Sol, pero Salviati señala que algunos aparecen o desaparecen aleatoriamente y los que están en el borde están aplanados, a diferencia de los cuerpos separados. Por lo tanto, "es mejor filosofía aristotélica decir 'El cielo es alterable porque mis sentidos me lo dicen' que 'El cielo es inalterable porque Aristóteles estaba tan persuadido por el razonamiento'". Agrega: "Poseemos una base mucho mejor para razonar sobre las cosas celestes que la que tenía Aristóteles... Ahora, gracias al telescopio, hemos acercado los cielos treinta o cuarenta veces más a nosotros que a Aristóteles, de modo que podemos discernir en ellos muchas cosas que él no podía ver; entre otras cosas, estas manchas solares, que eran absolutamente invisibles para él". ^{[ 19 ]} Se utilizan experimentos con un espejo para demostrar que la superficie de la Luna debe ser opaca y no una esfera de cristal perfecta como cree Simplicio. Se niega a aceptar que las montañas en la Luna provoquen sombras, o que la luz reflejada desde la Tierra sea la responsable del tenue contorno de una luna creciente.

Sagredo sostiene que considera a la Tierra noble por sus transformaciones, mientras que Simplicio afirma que los cambios en la Luna o las estrellas serían inútiles, pues no benefician al ser humano. Salviati señala que los días en la Luna duran un mes y que, a pesar de la diversidad del terreno que el telescopio ha revelado, no podría albergar vida. Los humanos adquieren verdades matemáticas con lentitud y vacilación, mientras que Dios conoce intuitivamente su infinitud. Y al contemplar las maravillas que el ser humano ha comprendido y creado, resulta evidente que la mente humana es una de las obras más sublimes de Dios.

El segundo día comienza repitiendo que Aristóteles cambiaría de opinión si viera lo que ellos veían. «Son los seguidores de Aristóteles quienes lo han coronado con autoridad, no él quien la ha usurpado o apropiado para sí mismo». ^{[ 20 ]} Hay un movimiento supremo: aquel por el cual el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas fijas parecen moverse de este a oeste en el espacio de 24 horas. Este movimiento puede pertenecer lógicamente tanto a la Tierra como al resto del universo. Aristóteles y Ptolomeo, quienes comprendieron esto, no argumentan en contra de ningún otro movimiento que no sea este diurno. El movimiento es relativo: la posición de los sacos de grano en un barco puede ser idéntica al final del viaje a pesar del movimiento del barco. ¿Por qué deberíamos creer que la naturaleza mueve todos estos cuerpos extremadamente grandes con velocidades inconcebibles en lugar de simplemente mover la Tierra, de tamaño moderado? Si se elimina la Tierra de la ecuación, ¿qué sucede con todo el movimiento?

El movimiento de los cielos de este a oeste es opuesto al de los demás cuerpos celestes, que se mueven de oeste a este; al rotar la Tierra, esta se alinea con los demás. Aunque Aristóteles argumenta que los movimientos circulares no son contrarios, podrían provocar colisiones. Las órbitas más largas de los planetas son más largas que las más cortas: Saturno y Júpiter tardan muchos años, Marte dos, mientras que la Luna solo un mes. Las lunas de Júpiter tardan aún menos. Esto no cambia si la Tierra rota diariamente, pero si la Tierra permanece inmóvil, entonces la esfera de las estrellas fijas rota en 24 horas. Dadas las distancias, esto equivaldría más bien a miles de años. Además, algunas de estas estrellas tienen que moverse más rápido que otras: si la Estrella Polar estuviera precisamente en el eje, estaría completamente inmóvil, mientras que las del ecuador tienen una velocidad inimaginable. La solidez de esta supuesta esfera es incomprensible. Si la Tierra se convierte en el cuerpo móvil primordial , la necesidad de esta esfera adicional desaparece.

Consideran tres objeciones principales al movimiento de la Tierra: que un cuerpo en caída libre quedaría rezagado y, por lo tanto, caería muy al oeste de su punto de lanzamiento; que una bala de cañón disparada hacia el oeste volaría mucho más lejos que una disparada hacia el este; y que una bala de cañón disparada verticalmente también aterrizaría muy al oeste. Salviati demuestra que estas objeciones no tienen en cuenta el ímpetu del cañón. También señala que intentar probar que la Tierra no se mueve utilizando la caída vertical comete la falacia lógica del paralogismo (presuponiendo lo que se pretende probar), porque si la Tierra se mueve, entonces solo en apariencia cae verticalmente; de ​​hecho, cae oblicuamente, como sucede con una bala de cañón que asciende a través del cañón (ilustrado).

Al refutar un trabajo que afirma que una bola que cae de la Luna tardaría seis días en llegar, se introduce la regla de los números impares: un cuerpo que cae 1 unidad en un intervalo caería 3 unidades en el siguiente intervalo, 5 unidades en el subsiguiente, etc. Esto da lugar a la regla por la cual la distancia recorrida es proporcional al cuadrado del tiempo. Usando esto, calcula que el tiempo es en realidad poco más de 3 horas. También señala que la densidad del material no influye mucho: una bola de plomo podría acelerar solo el doble de rápido que una de corcho. De hecho, una bola que cae desde tal altura no caería detrás de la vertical, sino delante, porque el movimiento de rotación sería en círculos cada vez más pequeños. Lo que hace que la Tierra se mueva es similar a lo que mueve a Marte o Júpiter y es lo mismo que atrae la piedra hacia la Tierra. Llamarlo gravedad no explica qué es.

Salviati comienza descartando los argumentos de un libro contra las novas que ha estado leyendo durante la noche. ^{[ 21 ]} A diferencia de los cometas, estas eran estacionarias y su falta de paralaje se comprobaba fácilmente, por lo que no podían estar en la esfera sublunar. Simplicio ahora presenta el argumento más importante contra el movimiento anual de la Tierra: que si se mueve, entonces ya no puede ser el centro del zodíaco, del mundo. Aristóteles da pruebas de que el universo es finito, limitado y esférico. Salviati señala que estas desaparecen si le niega la suposición de que es móvil, pero acepta la suposición inicialmente para no multiplicar las disputas.

Salviati señala que si algo es el centro, debe ser el Sol y no la Tierra, porque todos los planetas están más cerca o más lejos de la Tierra en diferentes momentos, Venus y Marte hasta ocho veces. Anima a Simplicio a hacer un plano de los planetas, comenzando con Venus y Mercurio, que se ven claramente girando alrededor del Sol. Marte también debe girar alrededor del Sol (al igual que la Tierra), ya que nunca se ve con forma de cuerno , a diferencia de Venus, que ahora se observa a través del telescopio; lo mismo ocurre con Júpiter y Saturno. La Tierra, que se encuentra entre Marte con un período de dos años y Venus con nueve meses, tiene un período de un año que puede atribuirse más elegantemente al movimiento que al reposo.

Sagredo plantea otras dos objeciones comunes. Si la Tierra rotara, las montañas pronto estarían en una posición que obligaría a descenderlas en lugar de ascenderlas. En segundo lugar, el movimiento sería tan rápido que alguien en el fondo de un pozo solo tendría un instante para vislumbrar una estrella mientras la atraviesa. Simplicio comprende que la primera objeción no difiere de viajar alrededor del globo, como cualquiera que haya dado la vuelta al mundo, pero aunque entiende que la segunda es igual que si los cielos rotaran, aún no la comprende. Salviati afirma que la primera objeción no difiere de la de quienes niegan la existencia de las antípodas. Respecto a la segunda, anima a Simplicio a determinar qué fracción del cielo se puede ver desde el fondo del pozo.

Salviati plantea otro problema: Marte y Venus no son tan variables como sugiere la teoría. Explica que el tamaño de una estrella, a simple vista, depende de su brillo y que los tamaños no son reales. Esto se resuelve con el uso del telescopio, que también muestra la forma de media luna de Venus. Otra objeción al movimiento de la Tierra, la existencia única de la Luna, se ha resuelto con el descubrimiento de las lunas de Júpiter , que se verían como la Luna de la Tierra para cualquier joviano.

Copérnico logró reducir algunas de las irregularidades en los movimientos de Ptolomeo, quien tuvo que lidiar con movimientos que a veces eran rápidos, a veces lentos y a veces inversos, mediante vastos epiciclos . Marte, situado sobre la esfera del Sol, a menudo cae muy por debajo de ella, para luego elevarse por encima. Estas anomalías se corrigen mediante el movimiento anual de la Tierra. Esto se explica en un diagrama que muestra el movimiento variable de Júpiter utilizando la órbita terrestre.

Simplicio publica otro folleto donde mezcla argumentos teológicos con astronómicos, pero Salviati se niega a abordar las cuestiones desde la perspectiva bíblica. Así, argumenta que las estrellas fijas deben estar a una distancia inconcebible, siendo la más pequeña mayor que la órbita completa de la Tierra. Salviati explica que todo esto proviene de una interpretación errónea de las palabras de Copérnico, lo que resulta en una sobreestimación considerable del tamaño de una estrella de sexta magnitud. Sin embargo, muchos otros astrónomos famosos sobreestimaron el tamaño de las estrellas al ignorar el factor de brillo. Ni siquiera Tycho, con sus precisos instrumentos, se propuso medir el tamaño de ninguna estrella, excepto el Sol y la Luna. Pero Salviati (Galileo) pudo realizar una estimación razonable simplemente colgando una cuerda para ocultar la estrella y midiendo la distancia entre el ojo y la cuerda.

Pero aún así, muchos no pueden creer que las estrellas fijas puedan ser individualmente tan grandes o más grandes que el Sol. ¿Para qué sirven? Salviati sostiene que «es temerario, dada nuestra debilidad, intentar juzgar las razones de las acciones de Dios y llamar vano y superfluo a todo lo que en el universo no nos sirve». ^{[ 22 ]}

¿Acaso Tycho o alguno de sus discípulos intentaron investigar algún fenómeno que pudiera confirmar o refutar el movimiento de la Tierra? ¿Saben cuánto debe variar la posición de las estrellas fijas? Simplicio se opone a admitir que la distancia entre las estrellas fijas es demasiado grande para que sea detectable. Salviati señala lo difícil que resulta incluso detectar las variaciones en la distancia de Saturno. Muchas de las posiciones de las estrellas fijas no se conocen con precisión y se necesitan instrumentos mucho mejores que los de Tycho: por ejemplo, un visor con una posición fija a 96 kilómetros de distancia.

Sagredo le pide entonces a Salviati que explique cómo el sistema copernicano explica las estaciones y las desigualdades entre el día y la noche. Lo hace con la ayuda de un diagrama que muestra la posición de la Tierra en las cuatro estaciones. Señala lo mucho más sencillo que es que el sistema ptolemaico. Pero Simplicio opina que Aristóteles fue sabio al evitar demasiada geometría. Prefiere el axioma de Aristóteles de evitar más de un movimiento simple a la vez.

Se encuentran en la casa de Sagredo en Venecia , donde las mareas son un tema importante, y Salviati quiere mostrar el efecto del movimiento de la Tierra sobre las mareas. Primero señala los tres períodos de las mareas: la diaria (diurna) , generalmente con intervalos de 6 horas de ascenso y seis más de descenso; la mensual , aparentemente debida a la Luna, que aumenta o disminuye estas mareas; y la anual , que produce diferentes tamaños en los equinoccios. Considera primero el movimiento diario. Se observan tres variedades: en algunos lugares las aguas suben y bajan sin ningún movimiento hacia adelante; en otros se mueven hacia el este y regresan al oeste sin subir ni bajar; en otros hay una combinación de ambos, esto sucede en Venecia donde las aguas suben al entrar y bajan al salir. En el estrecho de Messina hay corrientes muy rápidas entre Escila y Caribdis . En el Mediterráneo abierto la variación de altura es pequeña, pero las corrientes son notables.

Simplicio responde con explicaciones peripatéticas , basadas en las profundidades del mar y el dominio de la Luna sobre el agua, aunque esto no explica las subidas cuando la Luna está bajo el horizonte. Pero admite que podría ser un milagro. Cuando sube el agua en Venecia, ¿de dónde viene? En Corfú o Dubrovnik apenas sube. ¿Desde el océano a través del Estrecho de Gibraltar ? Está demasiado lejos y las corrientes son demasiado lentas. Entonces, ¿podría el movimiento del contenedor causar la perturbación? Consideremos las barcazas que traen agua a Venecia. Cuando chocan con un obstáculo, el agua se precipita hacia adelante; cuando aceleran, se dirige hacia atrás. A pesar de toda esta perturbación, no hay necesidad de agua nueva y el nivel en el centro se mantiene prácticamente constante, aunque el agua allí fluya hacia adelante y hacia atrás.

Consideremos un punto en la Tierra bajo la acción conjunta de los movimientos anuales y diurnos. En un momento dado, estos se suman y, doce horas después, actúan en sentido contrario, lo que genera una alternancia de aceleración y desaceleración. Así, las cuencas oceánicas se ven afectadas de la misma manera que la barcaza, especialmente en dirección este-oeste. La longitud de la barcaza influye en la velocidad de las oscilaciones, al igual que la longitud de una plomada modifica su velocidad. La profundidad del agua también afecta la magnitud de las vibraciones. El efecto principal solo explica las mareas una vez al día; para comprender el cambio de seis horas en los periodos de oscilación del agua, es necesario buscar en otro lugar. En algunos lugares, como el Helesponto y el Egeo, los periodos son más breves y variables. Sin embargo, un mar que se extiende de norte a sur, como el Mar Rojo, presenta muy poca marea, mientras que el Estrecho de Messina soporta el efecto acumulado de dos cuencas.

Simplicio objeta que si esto explica el agua, ¿no debería ser aún más evidente en los vientos? Salviati sugiere que las cuencas que contienen los océanos no son tan efectivas y que el aire no mantiene su movimiento. Sin embargo, estas fuerzas se observan en los vientos constantes que soplan de este a oeste en los océanos de la zona tropical . Parece que la Luna también participa en la producción de los efectos diarios, pero eso le resulta repulsivo. Los movimientos de la Luna han causado grandes dificultades a los astrónomos. Es imposible explicar completamente estos fenómenos dada la naturaleza irregular de las cuencas marinas.