Seis instrumentos clave de la Revolución Científica

La Revolución Científica (1500-1700) estuvo impulsada por varios inventos clave, todos instrumentos científicos que se volvieron esenciales para comprender mejor el mundo que nos rodea. Gracias a instrumentos como el telescopio, el microscopio, el termómetro y el reloj de péndulo, los científicos pudieron ver cosas jamás vistas antes y medir los resultados de los experimentos con mucha mayor precisión de la que era posible antes.

La consecuencia del uso de instrumentos científicos fue la reformulación de teorías sostenidas durante mucho y a menudo erróneas, como el funcionamiento del sistema sanguíneo del cuerpo humano y el aspecto real de la luna.

Los seis inventos clave de la Revolución Científica son los siguientes:

• el telescopio,
• el microscopio,
• el reloj de péndulo,
• el termómetro,
• el barómetro,
• la bomba de aire.

Estos formaron parte de “una colección de instrumentos técnicos que se volvieron los catalizadores del avance científico durante el siglo XVII” (Jardine, 9). Los filósofos naturales se volvieron científicos cuando colaboraron en el uso de estos inventos para determinar cómo funciona realmente el mundo que nos rodea en lugar de cómo lo habían imaginado los filósofos anteriores. La experimentación, la medición, el registro y el sometimiento de estos hallazgos al escrutinio de sus pares (a través de la prensa y correspondencia privada) garantizaron la adopción de un nuevo método científico, y fue tan exitoso que, hoy en día, es imposible pensar en un científico que no use algún tipo de instrumento. “Estos nuevos instrumentos causaron nuevas percepciones y, con ellas, nuevos conocimientos” (Wootton, 560).

El telescopio

El telescopio se inventó aproximadamente en 1608 y su invento suele atribuirse al holandés Hans Lippershey (de alrededor de 1570 a alrededor de 1619). El aparato era notablemente sencillo y tenía una lente convexa y una cóncava (una para ampliar y otra para miniaturizar) en cada extremo de un tubo largo. Sin embargo, fue el italiano Galileo Galilei (1564-1642) quien perfeccionó el instrumento y mejoró enormemente la amplificación posible unas 33 veces. Galileo observó por primera vez la superficie de la luna y vio que tenía montañas y valles, igual que en la Tierra. El italiano detectó cuatro lunas del planeta Júpiter, identificó las fases de Venus y observó manchas solares, lo que lo llevó a creer que el sol era una esfera giratoria. También se usaron telescopios menos potentes en tierra y en el mar para ver el horizonte lejano, lo que fue especialmente útil para los ejércitos y las fuerzas navales.

El astrónomo alemán Johannes Kepler (1571-1630) perfeccionó el diseño de Galileo al utilizar dos lentes convexas, lo que proporcionó una imagen más clara (aunque ahora dada vuelta para el observador). Luego, el científico inglés Isaac Newton (1642-1727) inventó el telescopio reflector en 1668. Este tipo usaba un espejo curvo hecho de una aleación de metal que mejoraba la claridad de la imagen, por lo que el tubo podía ser mucho más corto. Los telescopios aéreos carecían de un tubo, de modo que las dos lentes podían ubicarse mucho más separadas y así alcanzar una ampliación aun mayor. En el otro extremo de la escala, se usaron telescopios miniatura en instrumentos de navegación ya existentes, como el cuadrante. Las miras telescópicas solían incluir cables (micrómetros) para medir movimientos o cambios muy pequeños en el ángulo de los objetos a la vista. Al contar con más y mejores telescopios, fue necesario construir observatorios específicos para alojarlos, como en París (1667) y en Greenwich, en Londres (1675).

Los telescopios, que cada vez eran mejores, hicieron posible ver miles de estrellas nuevas, lo que parecía sugerir que el universo era infinito. El telescopio permitió que los astrónomos pusieran a prueba muchas de las teorías conflictivas relacionadas con los cuerpos celestiales y las compararan con la evidencia física de la observación detallada y prolongada. Los modelos del universo propuestos por Aristóteles (384-322 a.C.) y Claudio Ptolomeo (en torno a 100-en torno a 170 d.C.) quedaron anulados a favor del propuesto por Nicolás Copérnico (1473-1543), donde el sol, y no la Tierra, estaba ubicado en el centro de nuestra galaxia. Otros beneficios del uso de los telescopios en astronomía incluían un cálculo más preciso del calendario y mapas de las estrellas más precisos para los navegantes. Por último, este instrumento hizo pensar a los inventores acerca de qué otra utilidad podrían tener las lentes magnificadoras.

El microscopio

El microscopio tuvo su origen en el telescopio, ya que utiliza los mismos principios de ampliación y miniaturización. El invento se suele acreditar al holandés Cornelius Drebbel (1572-1635) o a Hans Janssen. Uno de los fabricantes especialistas fue el inglés John Marshall, quien diseñó el microscopio compuesto, que tiene tres lentes (la lente ocular, la lente de campo y la lente objetivo) y la posibilidad de agregar luz adicional esencial mediante una vela debajo de la base. Algunos microscopistas crearon sus propios instrumentos, de los cuales el más famoso tal vez sea el holandés Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), que creó más de 500 microscopios. Leeuwenhoek creó microscopios que ampliaban los objetos 270 veces mediante el uso de un glóbulo de cristal diminuto en lugar de una lente más grande y plana. Más adelante, se le hicieron adaptaciones al instrumento para mejorarlo, como por ejemplo la adición de un pequeño espejo en la base, cuyo ángulo podía ajustarse para iluminar mejor la muestra bajo observación. El creador de instrumentos inglés Edward Culpeper (1670-1737) usó un espejo cóncavo, lo que aumentó la luz disponible en sus microscopios.

Los anatomistas, entomólogos y botánicos estaban particularmente ansiosos por utilizar este nuevo invento para promover su comprensión del mundo natural. Luego, muchos publicaron obras con ilustraciones hermosas, que revelaban al público exactamente lo que habían visto a través de los microscopios más recientes. Ahora estaba claro que la estructura de un insecto diminuto podía ser tan compleja como la de un mamífero grande. Uno de estos libros ilustrados, Micrographia, publicado en 1665 por el inglés Robert Hooke (1635-1703), causó sensación. En 1661, el italiano Marcello Malpighi (1628-1694) utilizó un microscopio para descubrir los vasos capilares, que confirmaron el descubrimiento de la circulación sanguínea realizado por William Harvey. Leeuwenhoek descubrió los glóbulos rojos, los protozoos y los espermatozoides. Muchos otros realizaron descubrimientos igualmente asombrosos. Sin embargo, se debía admitir que ver estas cosas no necesariamente significaba que entendían su importancia. El microscopio había revelado un mundo totalmente nuevo, pero se necesitaban más investigaciones e instrumentos para obtener una comprensión más completa de la importancia de lo que ahora se podía observar mediante una lente.

El reloj de péndulo

Los relojes solares y de agua fueron en su mayoría reemplazados por los relojes mecánicos desde fines del siglo XIII, pero estos aún no eran lo bastante precisos para medir los minutos; de hecho, muchos ni siquiera tenían un minutero. Los científicos, en especial los astrónomos que ahora contaban con telescopios, necesitaban una forma mucho más precisa de medir el tiempo. Galileo diseñó un reloj de péndulo, pero el primer modelo funcional lo inventó Christiaan Huygens (1629-1695) en 1657. En el reloj de péndulo, la regularidad de las oscilaciones pendulares controla con exactitud la caída de un peso. Los mejores relojes de péndulo mostraban una variación máxima de 15 segundos al día, en comparación con los 15 minutos que presentaban los relojes mecánicos.

Ahora los astrónomos podían calcular el movimiento de los cuerpos celestiales con mayor precisión, y en muchos observatorios se instalaron uno o más relojes de péndulo. Gracias a una medición del tiempo más precisa, los científicos que realizaban experimentos en distintos lugares podían comparar sus datos de forma más confiable. Se podían medir cosas nuevas, como objetos en caída en pruebas de gravedad, la velocidad en distancias cortas y los movimientos más refinados de los planetas. La medición del tiempo alcanzó mayor precisión con la invención en 1675 de relojes portátiles que empleaban un muelle espiral. Estos reproducían la acción del péndulo en un espacio confinado y no eran susceptibles a los movimientos bruscos del dispositivo. De repente, mantener un buen registro del tiempo se volvió más importante para todos, no solo para los científicos, y muchas personas cambiaron sus relojes mecánicos por la versión del péndulo y se compraron un cronómetro de bolsillo. La gran complejidad de los relojes llevó a que se usaran como una metáfora común para cualquier cosa intrincada, y sus mecanismos inspirarían más adelante a los ingenieros durante la Revolución Industrial británica para inventar máquinas nuevas, como el motor a vapor.

El termómetro

El termómetro, al igual que los instrumentos mencionados antes, revolucionó las ideas y prácticas. Anteriormente, no había manera de medir la temperatura más que en un rango impreciso de tres condiciones: frío, normal y caliente. El gran médico de la antigüedad Galeno (129-216 d.C.), por ejemplo, solo tenía cuatro grados de temperatura basados en los dos extremos del hielo y el fuego. La palabra clave de la Revolución Científica era la precisión y, así, el termómetro se inventó a principios del siglo XVII, aunque no sabemos quién fue su creador. Los primeros termómetros eran del tipo termoscopio, es decir, que se llenaba un tubo angosto con agua que subía (o bajaba) a lo largo de una escala cuando se calentaba el aire en la parte inferior (o superior) y así se expandía y empujaba el líquido hacia arriba (o hacia abajo). El termómetro del tipo termoscopio tenía algunos problemas, ya que no daba lecturas precisas y era susceptible a variaciones en la presión del aire.

Fue alrededor de 1650 cuando los inventores de la Academia del Cimento en Florencia tuvieron la idea de hacer expandir el líquido, y no el aire, del termómetro. Los primeros modelos usaban alcohol en un tubo de vidrio sellado y muy delgado. Para tomar las lecturas en la escala proporcionada con más facilidad, se utilizaba alcohol coloreado. Este instrumento pasó a conocerse como el termómetro florentino y reemplazó al tipo termoscopio para fines del siglo XVII. Los científicos de Florencia habían realizado experimentos con mercurio en lugar de alcohol, pero eligieron el segundo porque es más sensible al cambio de temperaturas. Las desventajas del alcohol eran que, en el siglo XVII, no era fácil adquirir alcohol puro y tiene un punto de ebullición bajo. Debido a estos dos puntos negativos, los termómetros de la época no eran siempre tan precisos como esperaban sus usuarios y, ciertamente, era difícil comparar lecturas más precisas entre distintos termómetros. Aun así, fue un gran paso hacia delante, y el próximo desafío fue asegurarse de que todos utilizaran la misma escala de medición para que la creciente comunidad científica pudiera intercambiar y comparar los resultados de sus experimentos.

Algunas instituciones se aseguraron de que los experimentadores utilizaran las mismas escalas de temperatura, pero fue recién en el siglo XVIII cuando dos escalas terminaron dominando el escenario: la Fahrenheit, propuesta por el alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), y la Celsius, propuesta por el sueco Anders Celsius (1701-1744). El termómetro se volvió un instrumento indispensable en muchos campos distintos de la ciencia. Por ejemplo, ahora los médicos podían rastrear los altibajos de las enfermedades de sus pacientes con precisión, y los químicos podían medir las propiedades de las sustancias con las que trabajaban y comparar la configuración de sus aparatos con gráficas de temperatura establecidas.

El barómetro

El barómetro fue inventado en 1643 por el italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) cuando, mientras trabajaba con Vincenzo Viviani (1622-1703), intentó averiguar cuánto podía elevarse el mercurio dentro de un tubo de vidrio cuando uno de sus extremos se colocaba en un recipiente con mercurio. La presión del aire sobre el mercurio del recipiente hacía subir el mercurio del tubo unos 76 cm (30 pulgadas) por encima del nivel del recipiente. En 1648, Blaise Pascal (1623-1662) y su cuñado Florin Périer llevaron a cabo experimentos con aparatos similares, pero esta vez bajo diferentes presiones atmosféricas, colocando los dispositivos a distintas altitudes en la ladera de una montaña (Puy-de-Dôme en el Macizo Central). Los científicos observaron que el nivel de mercurio en el tubo de cristal descendía cuanto más alto se tomaban las lecturas en la montaña.

Fue el químico angloirlandés Robert Boyle (1627-1691) quien bautizó este lector de presión del mercurio con el nombre de «barómetro», hasta entonces conocido como tubo de mercurio. También fue Boyle el que demostró de forma concluyente el efecto de la presión atmosférica mediante el uso de un barómetro dentro de una bomba de aire (consulte a continuación) donde había vacío. Boyle formuló un principio que se conoció como “Ley de Boyle”, según la cual la presión ejercida por una determinada cantidad de aire varía de manera inversamente proporcional a su volumen (siempre que las temperaturas sean constantes).

La siguiente pieza del rompecabezas del barómetro provenía de los experimentos realizados por Otto von Guericke (1602-1686) quien observó que la presión de aire variaba según las condiciones del tiempo. Cuando se descubrió que se podía usar mercurio para medir la presión de aire, se crearon mejores barómetros, que usaban una escala de medición y mezclaba el mercurio con otras sustancias para aumentar su sensibilidad. El barómetro se creó gracias a una mezcla internacional de inventores, y se volvió inestimable para los agrimensores y meteorólogos en particular.

La bomba de aire

En 1654, Otto von Guericke demostró en público y por primera vez cómo funcionaba la bomba de aire, un dispositivo que podía remover aire de un recipiente cerrado. Este dispositivo consistía en dos hemisferios de bronce, pero no permitía introducir nada en su interior. La bomba de aire fue posible gracias a Robert Hooke, quien la construyó por encargo de Robert Boyle. El instrumento permitía colocar especímenes dentro de un domo de vidrio y luego someterlos a distintas presiones de aire. Hooke había desarrollado un primer modelo en 1659. Boyle y Hooke realizaron todo tipo de experimentos, que incluían someter a plantas y organismos vivos a las variaciones de la presión de aire. Estos experimentos, que solían realizarse frente a un público, causaron sensación en las reuniones de la Sociedad Real. En 1671, Hooke incluso construyó una bomba de aire lo bastante grande para meterse en ella. “Afortunadamente para Hooke, la bomba tuvo un rendimiento regular y vació solo aproximadamente un cuarto del aire del recipiente. Las sensaciones que informó cuando salió de este recipiente sin aire fueron mareos, sordera y dolores” (Jardine, 56). Estos efectos fueron mucho menos letales que aquellos utilizados en incontables criaturas vivas sometidas a la curiosidad despiadada de los científicos. En 1660, Boyle publicó los resultados de sus experimentos con la bomba de aire en el libro New Experiments Physico-Mechanical Touching the Spring of the Air, and Its Effects (Nuevos experimentos físico-mecánicos: Notas sobre la elasticidad del aire y sus efectos).

Boyle y Hooke lograron demostrar la existencia del vacío, por un tiempo llamado el “vacío de Boyle”. No todos estaban de acuerdo en que Boyle había creado un vacío en su domo de vidrio con una bomba de aire, o incluso que tal cosa pudiera existir; Thomas Hobbes (1588-1679) fue el oponente más vocal del trabajo de Boyle con los vacíos. El trabajo de Boyle sobre la presión de aire, sobre todo su ley y experimentos con manómetros y pistones, fue importante porque inspiró a los creadores del motor a vapor, que literal y figurativamente potenciaron la Revolución Industrial británica a partir de 1710.

Hacia el futuro

Hubo un debate acerca de si se podía confiar en estos nuevos instrumentos científicos y si lo que revelaban no eran meros trucos. Algunos argumentaban que la evidencia de tales instrumentos, incluso si requerían el ojo humano, no era la misma que se obtenía mediante el uso directo de los sentidos. Otros argumentaban que instrumentos como el telescopio y el microscopio le mostraban a la humanidad lo que debería permanecer oculto, ya que Dios nos había dado la vista para ver el mundo, y husmear más profundo no era el lugar de la humanidad y se consideraba impío. Para otros, los instrumentos científicos revelaban el increíble detalle y la ingeniosidad de la vida en la Tierra y, en su opinión, uno solo podía maravillarse aún más ante la obra de Dios.

Los nuevos instrumentos científicos dieron lugar a que los descubrimientos se produjeran con rapidez y en grandes números, y a menudo causaban asombro al mostrar la gran complejidad de la vida. Los telescopios, en un extremo de la escala, y los microscopios, en el otro, revelaron que se requería un sistema de medición totalmente nuevo para que la mente humana pudiera aprehender la escala de los prodigios del universo visible. La mayoría de los nuevos descubrimientos con el microscopio no ayudaban aún en la medicina práctica, que seguía intentando hallar curas. El telescopio se utilizó para probar que las teorías existentes eran erróneas, pero el microscopio meramente reveló que había que crear todo un nuevo conjunto de teorías. La creación de relojes mejores había transformado la forma de medir el tiempo, pero aún no eran lo bastante precisos como para resolver el problema de la longitud. En muchos sentidos, la tecnología estaba frustrantemente atrasada con respecto a lo que los científicos necesitaban para medir, evaluar y entender mejor sus campos específicos de investigación. Incluso después de la Revolución Científica, entonces, la ciencia aún tenía un largo camino que recorrer para convencer a muchos de su verdadero valor para mejorar la condición humana.