Anomenem fisica aristotelica a les moltes teories sobre la naturalesa de la fisica que va desenvolupar el filosof grec Aristotil (384 aC ? 322 aC). Aquestes teories van comprendre el que Aristotil va descriure com els quatre elements . Es va referir amb gran detall a les relacions entre aquests elements, a la seva dinamica, com es que van impactar sobre la Terra i com van ser, en molts casos, atrets entre si per forces desconegudes.

Conceptes [ modifica ]

Aristotil va ensenyar que els elements a partir dels quals es va formar la Terra van ser distints dels quals van formar el cel i l' espai sideral . ^[1] Tambe va ensenyar que la dinamica esta principalment determinada per les caracteristiques i naturalesa de les substancies de les quals esta format l'objecte que es desplaca. ^[1]

Principis fonamentals [ modifica ]

1. Llocs naturals: cada element voldria estar en una posicio distinta relativa al centre de la Terra, que tambe es el centre de l' univers .
2. Gravetat/levitat: per a assolir aquesta posicio, els objectes senten una forca cap amunt o cap avall.
3. Moviment rectilini : un moviment com resposta a aquesta forca es en una linia directa a una velocitat constant.
4. Relacio entre la velocitat i la densitat : la velocitat es inversament proporcional a la densitat del mitja.
5. El buit es impossible : el moviment en un buit es infinitament rapid.
6. L'eter que tot ho impregna : tots punts de l'espai estan plens amb materia .
7. Univers infinit : l'espai no pot tenir una frontera .
8. Teoria del continu : existeix un buit entre els atoms , pel qual la materia no pot ser atomica.
9. Cinquena essencia : els objectes per sobre de la Terra no estan formats de materia terrenal.
10. Cosmos incorruptible i etern : el Sol i els planetes son esferes perfectes, i no canvien.
11. Moviment circular : els planetes es mouen en un moviment circular perfecte.

Els principis d'Aristotil podien explicar molts dels fenomens que ens envolten, per exemple la caiguda dels cossos, la sedimentacio estratificada en una mescla heterogenia o el moviment aproximat d'alguns astres. No obstant aixo, tenia moltes anomalies . Es a dir, hi havia fets que entraven en contradiccio directa amb els seus principis, com la retrogradacio dels planetes , o el moviment d'un cos en caiguda lliure . A mes, la fisica d'Aristotil no era precisa ni tant predictiva com les teories de la fisica classica que les desbancaren en el canvi de paradigma . Aixo era degut a que la fisica classica tenia un grau alt de formalitzacio matematica i experimentacio mentre que la fisica aristotelica, en canvi, coixejava en ambdos ambits i es basava en la dialectica .

Elements [ modifica ]

Aristotil creia que la Terra estava formada per la combinacio de quatre elements o compostos basics: l' aigua , la terra , el foc i l' aire . ^{[a] [2]} Tambe va sostenir que tots els cels, i cada particula de materia en l' univers , estaven formats d'un cinque element i que ell va anomenar eter , ^[2] el qual se suposava que no tenia pes i era "incorruptible". ^[2] A l'eter tambe l'anomenava quintessencia - es a dir la "cinquena substancia". ^[3]

Es considerava que les substancies pesades tals com el ferro i els metalls estaven principalment formades pel "element" terra, amb una quantitat reduida dels altres elements. Se sostenia que altres objectes, mes lleugers i/o densos eren menys terrens, i per tant estaven composts amb major proporcio dels altres elements. ^[3] Els humans , segons Aristotil, estaven constituits d'una combinacio de totes les substancies, amb l'excepcio de l'eter, pero cada persona tenia una proporcio diferent dels elements que era unica per a cada persona, es a dir no hi havia una quantitat predefinida de cada substancia en el cos huma. ^[3]

Dinamica [ modifica ]

Aristotil sostenia que cadascun dels quatre elements que formen el mon, posseixen afinitat entre si i per tant tenen una tendencia a aglutinar-se, i que solament era possible evitar aquesta tendencia mitjancant l'accio d'alguna forca que se'ls oposes, ja que la tendencia es tan natural com el fet que dos imants es repel·leixin, o que la pluja caigui des del cel. Per exemple, ates que el fum esta principalment format d'aire, es natural que s'elevi per a posar-se en contacte amb l'aire que forma el cel. Ell tambe era de l'opinio que els objectes i la materia solament es podien desplacar sempre que una forma d' energia els estigues empenyent cap a una direccio donada. Per tant, si s'eliminessin totes les forces que s'apliquen sobre la Terra llavors el moviment no es produiria. ^[1] Aquesta idea tenia errades que ja van ser indicades en l'epoca en la qual es va formular el concepte. Molta gent posava en dubte aquesta idea, preguntant com era que un objecte com una sageta podia seguir movent-se cap endavant una vegada que havia deixat enrere l'impuls que li havia transferit la corda de l'arc. Aristotil va proposar la idea que les sagetes i altres objectes creaven una especie de buit en la seva part posterior que resultava en una forca que els desplacava cap endavant, la qual cosa era consistent amb la seva interpretacio del moviment com una interaccio de l'objecte que es desplaca i el mitja a traves del qual es mou. Ates que el moviment turbulent de l'aire en proximitats d'una sageta es summament complex, i encara no era compres, tota discrepancia entre la teoria i la realitat podia ser camuflada de forma elegant.

Ates que Aristotil col·locava al mitja en el centre de la seva teoria del moviment, ell no podia comprendre les idees del buit que eren basiques per a la teoria atomica de Democrit . Un buit es un espai que no conte res, i ates que Aristotil asseverava que el moviment requereix un mitja, ell concloia que el buit era una idea incomprensible. Aristotil creia que el moviment d'un objecte es inversament proporcional a la densitat del mitja. Com mes lleuger es el mitja, mes rapid sera el moviment. Si un objecte es mogues en el buit, Aristotil creia que havia de desplacar-se de forma infinitament rapida, de forma tal que la materia emplenes tot espai buit en l'instant que es produix. ^[4]

Gravetat [ modifica ]

La teoria d'Aristotil sobre la gravetat especificava que tots els cossos es mouen cap al seu lloc natural. Aristotil deia que per a alguns cossos el seu lloc natural era el centre de la Terra, i per aixo es que queien cap a ell. Per a altres objectes, el seu lloc natural eren les esferes celestes, per aixo, per exemple, els gasos i el vapor s'allunyaven del centre de la Terra i es movien cap al cel i la Lluna . Es pensava que la velocitat d'aquest moviment era proporcional a la massa de l'objecte.

Critiques durant l'edat mitjana [ modifica ]

El primer a modificar i criticar, durant l' edat mitjana , la teoria de gravetat d'Aristotil va ser Joan Filopo i posteriorment van procedir d'igual manera diversos fisics musulmans. Abu-Jafar Muhammad ibn Mussa ibn Xakir (800-873) un dels fills de Mussa ( Banu Mussa ) va escriure el Moviment Astral i La Forca d'Atraccio , on descriu que existeix una forca d' atraccio entre els cossos celestes , ^[5] anticipant el que seria la llei de gravitacio universal de Newton . ^[6]

Alhazen (965-1039) tambe es va ocupar de discutir la teoria d'atraccio entre diverses masses , i sembla que ell estava al corrent de la magnitud de l' acceleracio produida per la gravetat i havia descobert que els cossos celestes "obeien les lleis de la fisica". Al-Biruni (973-1048) va ser el primer a descobrir que l' acceleracio es troba associada a un moviment no uniforme, el que es part de la segona llei de moviment de Newton . ^[7] Durant el seu debat amb Avicenna , Al-Biruni tambe va criticar la teoria de la gravetat d'Aristotil perque negava l'existencia de la levitat o gravetat en les esferes celestes i pel seu concepte que el moviment circular era una propietat innata dels cossos celestes . ^[8]

En 1121, Al-Khazini , en El llibre del Balanc de la Saviesa , va proposar que la gravetat i l' energia potencial gravitatoria d'un cos varien depenenent de la seva distancia al centre de la Terra. ^[9] Abu-l-Barakat (1080-1165) va escriure una critica a la fisica d'Aristotil titulada al-Mutabar , on va negar la idea d'Aristotil sobre que una forca constant produix un moviment uniforme, ja que Abu-l-Barakat es va adonar que una forca aplicada de forma continua produix una acceleracio, una llei fonamental de la mecanica classica i un avenc del que seria la segona llei de moviment de Newton . ^[10] En forma similar a Newton, va descriure l'acceleracio com el ritme de canvi de la velocitat . ^[11]

Durant el segle  xiv , Jean Buridan va desenvolupar la teoria de l'impetu , basant-se en la teoria de mayl d' Avicenna i el treball de Joan Filopo , com una manera de trobar una alternativa a la teoria del moviment d'Aristotil. La teoria de l'impetu va ser una precursora dels conceptes d' inercia i moment que serien enunciats posteriorment per la mecanica classica.

En el segle  xvi , Al-Birjandi va discutir la possibilitat de la rotacio de la Terra . En la seva analisi del que succeiria si la Terra estigues girant va desenvolupar una hipotesi similar a la idea d'" inercia circular" de Galileo Galilei , la qual es descriu en la seguent prova o assaig:

Historia [ modifica ]

El regnat dels conceptes fisics d'Aristotil va durar gairebe dos mil·lennis, i va ser la primera teoria especulativa de la fisica de la qual es te coneixement. Despres dels treballs d' Alhazen , Avicenna , Avempace , Abu-l-Barakat , Jean Buridan , Galileu , Descartes , Isaac Newton , i molts altres, es va acceptar que la fisica d'Aristotil no era correcta o viable. ^[3] Aixi i tot, la fisica d'Aristotil va ser capac de sobreviure fins al segle  xvii , i probablement mes, ja que encara era ensenyada en les universitats de l'epoca. El model de fisica d'Aristotil va ser el principal impediment academic per a la creacio de la ciencia de la fisica molt despres que Aristotil hagues mort.

A Europa , la teoria d' Aristotil va ser desacreditada per primera vegada de forma convincent pels treballs de Galileo Galilei . Utilitzant un telescopi , Galileu va observar que la lluna no era completament llisa, pero que en canvi tenia craters i muntanyes, contradient la idea d'Aristotil d'una lluna perfectament llisa i incorruptible. Galileu tambe va criticar aquest concepte des d'un punt de vista teoric ? una lluna perfectament llisa reflectiria la llum de forma desparella com una bola de billar polida, pel que les vores del disc lunar haurien de tenir una lluentor distinta del d'un punt que un planol tangent reflecteixi la llum solar directament cap als nostres ulls. Una lluna rugosa en canvi reflectiria en forma similar en totes direccions, produint un disc amb una lluentor parella que es exactament el que observem. ^[13] Galileu tambe va descobrir que Jupiter te satel·lits , objectes que giren al voltant d'un cos a mes de la Terra. Va observar que Venus te fases , demostrant de forma concloent que Venus, i per afegiment Mercuri, viatgen en una orbita al voltant del Sol, i no al voltant de la Terra.

Segons la llegenda, Galileu va deixar caure boles de distintes densitats des de la Torre de Pisa i va descobrir que totes queien a la mateixa velocitat sense importar el seu pes. Addicionalment va dur a terme experiments quantitatius fent rodar boles per un planol inclinat, una forma de caiguda que es prou lenta com per a ser mesurada sense necessitat de recorrer a instruments sofisticats.

Ates que Aristotil no creia que es poguera descriure un moviment sense comptar amb un mitja que ho envoltes, ell no va poder incorporar en les seves analisis la resistencia de l'aire com un factor addicional. Un cos mes pesat cau mes rapid que un lleuger de la mateixa forma en un mitja dens com l'aigua, i aixo va conduir a Aristotil a especular que el ritme de caiguda es proporcional a la massa i inversament proporcional a la densitat del mitja. A partir de les seves experiencies sobre la caiguda d'objectes en l'aigua, ell va concloure que l'aigua era unes deu vegades mes densa que l'aire. No obstant aixo al pesar el volum de l'aire comprimit, Galileu va demostrar que les idees d'Aristotil sobreestimaven la densitat de l'aire quaranta vegades. ^[14] A partir dels seus experiments amb planols inclinats, Galileu va arribar a la conclusio que tots els cossos cauen al mateix ritme si la friccio no es considerada.

Galileu tambe va treballar en el desenvolupament d'una explicacio teorica que dones suport a la seva conclusio. Es va preguntar si dos cossos de diferents masses i ritmes de descens es trobaven lligats caurien mes rapid o mes lent perque el conjunt era mes pesat o perque el cos mes lleuger frenava al mes pesat degut a la seva caiguda mes lenta. L'unica resposta convincent es que cap de les dues cau mes rapidament o lentament, ja que tots els sistemes cauen al mateix ritme. ^[13]

Els seguidors d'Aristotil sabien que el moviment de caiguda dels cossos no era uniforme, i que la velocitat augmentava amb el temps. Ates que el temps es una quantitat abstracta, els peripatetics van postular que la velocitat era proporcional a la distancia recorreguda. Pero Galileu va determinar experimentalment que la velocitat es proporcional amb el temps, i va donar aixi una explicacio teorica de per que la velocitat no podia ser proporcional a la distancia. Utilitzant terminologia moderna, si el ritme de caiguda es proporcional a la distancia, l'equacio diferencial de la distancia recorreguda i el temps transcorregut es: ${\displaystyle {dy \over dt}=y}$ amb la condicio que ${\displaystyle y(0)=0}$. Galileu va demostrar que aquest sistema romandria en ${\displaystyle y=0}$ per un temps indefinit. Per altra banda si una pertorbacio posava al sistema en moviment, l'objecte augmenta la seva velocitat de forma exponencial amb el temps, pero no de forma quadratica com indicaven els seus experiments. ^[14]

Al juliol de 1971 en la superficie de la lluna , l'astronauta David Scott comandant de l' Apollo 15 va repetir el famos experiment de Galileu deixant caure una ploma i un martell simultaniament. En absencia d'una atmosfera que oposes forces de fregament i aerodinamiques, els dos objectes van caure i van impactar en la Lluna al mateix temps.

Isaac Newton mitjancant la seva llei de la gravitacio universal va ser el primer a expressar en llenguatge matematic una teoria correcta de la gravetat. Segons aquesta teoria, tota massa es atreta per tota altra massa mitjancant una forca que disminuix amb el quadrat de la distancia entre les dues masses. En 1915, la teoria de Newton va ser modificada, encara que no invalidada per Albert Einstein , qui va desenvolupar un nou marc de referencia per a la gravetat , dintre de la seva teoria general de la relativitat .

Referencies [ modifica ]

Bibliografia [ modifica ]

• H. Carteron (1965) "Does Aristotle Have a Mechanics?" in Articles on Aristotle 1. Science eds. Jonathan Barnes, Malcolm Schofield, Richard Sorabji (London: General Duckworth and Company Limited), 161-174.