Física
Mecánica
La batalla por el copernicanismo se libró en el ámbito de la mecánica y la astronomía. El sistema ptolemaico-aristotélico se mantuvo o cayó como un monolito, y se basaba en la idea de la fijación de la Tierra en el centro del cosmos. Quitar la Tierra del centro destruyó la doctrina del movimiento natural y el lugar, y el movimiento circular de la Tierra era incompatible con la física aristotélica.
Las contribuciones de Galileo a la ciencia de la mecánica estaban directamente relacionadas con su defensa del copernicanismo. Aunque en su juventud se adhirió a la física de ímpetu tradicional, su deseo de matematizar a la manera de Arquímedes lo llevó a abandonar el enfoque tradicional y desarrollar las bases para una nueva física que era altamente matematizable y directamente relacionada con los problemas que enfrentaba el nuevo cosmología. Interesado en encontrar la aceleración natural de los cuerpos que caen, fue capaz de derivar la ley de la caída libre (la distancia, s, varía según el cuadrado del tiempo, t 2). Combinando este resultado con su forma rudimentaria del principio de inercia, fue capaz de derivar el camino parabólico del movimiento de proyectiles. Además, su principio de inercia le permitió cumplir con las objeciones físicas tradicionales al movimiento de la Tierra: dado que un cuerpo en movimiento tiende a permanecer en movimiento, los proyectiles y otros objetos en la superficie terrestre tenderán a compartir los movimientos de la Tierra, lo que será imperceptible para alguien parado en la Tierra.
Las contribuciones del siglo XVII a la mecánica del filósofo francés René Descartes, al igual que sus contribuciones al esfuerzo científico en su conjunto, estaban más relacionadas con los problemas en los fundamentos de la ciencia que con la solución de problemas técnicos específicos. Estaba principalmente interesado en las concepciones de la materia y el movimiento como parte de su programa general para la ciencia, a saber, explicar todos los fenómenos de la naturaleza en términos de materia y movimiento. Este programa, conocido como filosofía mecánica, llegó a ser el tema dominante de la ciencia del siglo XVII.
Descartes rechazó la idea de que una pieza de materia pudiera actuar sobre otra a través del espacio vacío; en cambio, las fuerzas deben ser propagadas por una sustancia material, el "éter", que llena todo el espacio. Aunque la materia tiende a moverse en línea recta de acuerdo con el principio de inercia, no puede ocupar el espacio ya ocupado por otra materia, por lo que el único tipo de movimiento que realmente puede ocurrir es un vórtice en el que cada partícula en un anillo se mueve simultáneamente.
Según Descartes, todos los fenómenos naturales dependen de las colisiones de partículas pequeñas, por lo que es de gran importancia descubrir las leyes cuantitativas del impacto. Esto fue hecho por el discípulo de Descartes, el físico holandés Christiaan Huygens, quien formuló las leyes de conservación del momento y de la energía cinética (esta última solo es válida para colisiones elásticas).
El trabajo de Sir Isaac Newton representa la culminación de la revolución científica a fines del siglo XVII. Su monumental Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Principios matemáticos de la filosofía natural) resolvió los principales problemas planteados por la revolución científica en mecánica y cosmología. Proporcionó una base física para las leyes de Kepler, unificó la física celeste y terrestre bajo un conjunto de leyes, y estableció los problemas y métodos que dominaron gran parte de la astronomía y la física durante más de un siglo. Mediante el concepto de fuerza, Newton pudo sintetizar dos componentes importantes de la revolución científica, la filosofía mecánica y la matematización de la naturaleza.
Newton pudo derivar todos estos sorprendentes resultados de sus tres leyes del movimiento:
1. Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento en línea recta a menos que se vea obligado a cambiar ese estado por la fuerza impresa en él;
2. El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y se realiza en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza;
3. A cada acción siempre se opone una reacción igual: o, las acciones mutuas de dos cuerpos uno sobre el otro son siempre iguales.
La segunda ley fue puesta en su forma moderna F = ma (donde a es aceleración) por el matemático suizo Leonhard Euler en 1750. En esta forma, está claro que la tasa de cambio de velocidad es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre un cuerpo e inversamente proporcional a su masa.
Para aplicar sus leyes a la astronomía, Newton tuvo que extender la filosofía mecánica más allá de los límites establecidos por Descartes. Postuló una fuerza gravitacional que actúa entre dos objetos en el universo, a pesar de que no pudo explicar cómo podría propagarse esta fuerza.
Mediante sus leyes de movimiento y una fuerza gravitacional proporcional al cuadrado inverso de la distancia entre los centros de dos cuerpos, Newton pudo deducir las leyes de movimiento planetario de Kepler. La ley de caída libre de Galileo también es consistente con las leyes de Newton. La misma fuerza que hace que los objetos caigan cerca de la superficie de la Tierra también mantiene a la Luna y los planetas en sus órbitas.
La física de Newton llevó a la conclusión de que la forma de la Tierra no es precisamente esférica, sino que debería abultarse en el ecuador. La confirmación de esta predicción por parte de las expediciones francesas a mediados del siglo XVIII ayudó a persuadir a la mayoría de los científicos europeos a cambiar de física cartesiana a newtoniana. Newton también usó la forma no esférica de la Tierra para explicar la precesión de los equinoccios, usando la acción diferencial de la Luna y el Sol en la protuberancia ecuatorial para mostrar cómo el eje de rotación cambiaría su dirección.
Óptica
La ciencia de la óptica en el siglo XVII expresó la perspectiva fundamental de la revolución científica al combinar un enfoque experimental con un análisis cuantitativo de los fenómenos. La óptica tuvo su origen en Grecia, especialmente en las obras de Euclides (c. 300 a. C.), quien declaró muchos de los resultados en óptica geométrica que los griegos habían descubierto, incluida la ley de la reflexión: el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión En el siglo XIII, hombres como Roger Bacon, Robert Grosseteste y John Pecham, confiando en el trabajo del árabe Ibn al-Haytham (muerto en 1040), consideraron numerosos problemas ópticos, incluida la óptica del arco iris. Fue Kepler, tomando la iniciativa de los escritos de estos ópticos del siglo XIII, quien marcó la pauta para la ciencia en el siglo XVII. Kepler introdujo el análisis punto por punto de problemas ópticos, trazando rayos desde cada punto del objeto hasta un punto de la imagen. Así como la filosofía mecánica estaba dividiendo el mundo en partes atómicas, Kepler se acercó a la óptica al dividir la realidad orgánica en lo que él consideraba en última instancia unidades reales. Desarrolló una teoría geométrica de lentes, proporcionando la primera cuenta matemática del telescopio de Galileo.
Descartes buscó incorporar los fenómenos de la luz en la filosofía mecánica al demostrar que pueden explicarse por completo en términos de materia y movimiento. Utilizando analogías mecánicas, pudo derivar matemáticamente muchas de las propiedades conocidas de la luz, incluida la ley de reflexión y la ley de refracción recientemente descubierta.
Muchas de las contribuciones más importantes a la óptica en el siglo XVII fueron obra de Newton, especialmente la teoría de los colores. La teoría tradicional consideraba que los colores eran el resultado de la modificación de la luz blanca. Descartes, por ejemplo, pensó que los colores eran el resultado del giro de las partículas que constituyen la luz. Newton alteró la teoría tradicional de los colores al demostrar en un impresionante conjunto de experimentos que la luz blanca es una mezcla de la cual se pueden separar haces de luz de colores. Asociaba diferentes grados de refrangibilidad con rayos de diferentes colores, y de esta manera pudo explicar la forma en que los prismas producen espectros de colores a partir de la luz blanca.
Su método experimental se caracterizó por un enfoque cuantitativo, ya que siempre buscó variables medibles y una distinción clara entre los hallazgos experimentales y las explicaciones mecánicas de esos hallazgos. Su segunda contribución importante a la óptica se ocupó de los fenómenos de interferencia que se denominaron "anillos de Newton". Aunque los colores de las películas delgadas (p. Ej., Aceite sobre agua) se habían observado previamente, nadie había intentado cuantificar los fenómenos de ninguna manera. Newton observó relaciones cuantitativas entre el grosor de la película y los diámetros de los anillos de color, una regularidad que intentó explicar mediante su teoría de los ajustes de transmisión fácil y los ajustes de reflexión fácil. A pesar del hecho de que generalmente concibió la luz como una partícula, la teoría de los ajustes de Newton involucra la periodicidad y las vibraciones del éter, la hipotética sustancia fluida que impregna todo el espacio (ver arriba).
Huygens fue el segundo gran pensador óptico del siglo XVII. Aunque fue crítico con muchos de los detalles del sistema de Descartes, escribió en la tradición cartesiana, buscando explicaciones puramente mecánicas de los fenómenos. Huygens consideraba la luz como un fenómeno de pulso, pero negó explícitamente la periodicidad de los pulsos de luz. Desarrolló el concepto de frente de onda, mediante el cual pudo derivar las leyes de reflexión y refracción de su teoría del pulso y explicar el fenómeno recientemente descubierto de la doble refracción.
