Atomismo

En el siglo V a. C., Leucipo y su discípulo Demócrito propusieron que toda la materia estaba compuesta de pequeñas partículas indivisibles a las que llamaron "átomos". ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} No se sabe absolutamente nada de Leucipo, excepto que fue el maestro de Demócrito. ^{[ 12 ]} Demócrito, en cambio, escribió prolíficamente, produciendo más de ochenta tratados conocidos, ninguno de los cuales ha llegado hasta nuestros días completo. ^{[ 12 ]} Sin embargo, se ha conservado una gran cantidad de fragmentos y citas de sus escritos. ^{[ 12 ]} Estas son la principal fuente de información sobre sus enseñanzas acerca de los átomos. ^{[ 12 ]} El argumento de Demócrito a favor de la existencia de los átomos se basaba en la idea de que es imposible seguir dividiendo la materia infinitamente, y que, por lo tanto, la materia debe estar compuesta de partículas extremadamente pequeñas. ^{[ 12 ]} La teoría atomista pretendía eliminar la «distinción que la escuela eleática establecía entre el Absoluto , o la única existencia real, y el mundo de cambios que nos rodea». ^{[ 13 ]}

Las ideas de Demócrito surgieron como respuesta a la obra de Parménides , quien había presentado argumentos lógicos contra la existencia del cambio, sosteniendo que este es una ilusión. ^{[ 14 ]} Demócrito rechazó la creencia de Parménides de que el cambio es una ilusión. Creía que el cambio era real, y si no lo era, al menos la ilusión debía explicarse. Por lo tanto, apoyó el concepto de vacío y afirmó que el universo está compuesto por muchas entidades que se mueven en él. ^{[ 14 ]} El vacío es infinito y proporciona el espacio en el que los átomos pueden empaquetarse o dispersarse de diferentes maneras. Los diferentes empaquetamientos y dispersiones posibles dentro del vacío conforman los contornos y volúmenes cambiantes de los objetos que los organismos sienten, ven, comen, oyen, huelen y saborean. Si bien los organismos pueden sentir calor o frío, estos no tienen una existencia real. Son simplemente sensaciones producidas en los organismos por los diferentes empaquetamientos y dispersiones de los átomos en el vacío que componen el objeto que los organismos perciben como "caliente" o "frío".

Demócrito creía que los átomos son demasiado pequeños para que los sentidos humanos los detecten, que son infinitos, que se presentan en infinitas variedades y que siempre han existido. ^{[ 12 ]} Flotan en un vacío, al que Demócrito llamó el "vacío" , ^{[ 12 ]} y varían en forma, orden y postura. ^{[ 12 ]} Algunos átomos, sostenía, son convexos, otros cóncavos, algunos con forma de gancho y otros con forma de ojo . ^{[ 12 ]} Constantemente se mueven y chocan entre sí. ^{[ 12 ]} Demócrito escribió que los átomos y el vacío son las únicas cosas que existen y que todo lo demás es simplemente una convención social . ^{[ 12 ]} Los objetos que los humanos ven en la vida cotidiana están compuestos de muchos átomos unidos por colisiones aleatorias y sus formas y materiales están determinados por los tipos de átomos que los componen. ^{[ 12 ]} De igual modo, las percepciones humanas también son causadas por los átomos. ^{[ 12 ]} El amargor es causado por átomos pequeños, angulares y dentados que pasan por la lengua; ^{[ 12 ]} mientras que el dulzor es causado por átomos más grandes, suaves y redondeados que pasan por la lengua. ^{[ 12 ]}

La obra de Demócrito solo se conserva en relatos de segunda mano, algunos de los cuales son poco fiables o contradictorios. Gran parte de la mejor evidencia de la teoría del atomismo de Demócrito la recoge Aristóteles (384-322 a. C.) en sus discusiones sobre las visiones contrastantes de Demócrito y Platón acerca de los tipos de indivisibles que componen el mundo natural. ^{[ 5 ]}

Platón , según lo expresado por Timeo , describió los sólidos como compuestos de triángulos indivisibles. Diferentes disposiciones de estos triángulos dan lugar a cuatro cuerpos simples: fuego, aire, agua y tierra ; eran posibles reordenamientos de los triángulos, lo que explicaba la posible transformación de estos elementos. ^{[ 5 ]}

Platón postuló la estructura geométrica de los cuerpos simples de los cuatro elementos, tal como se resume en la tabla adjunta. El cubo, con su base plana y estabilidad, se asignó a la tierra; el tetraedro se asignó al fuego porque sus puntas penetrantes y aristas afiladas lo hacían móvil. Las puntas y aristas del octaedro y el icosaedro eran más romas, por lo que estos cuerpos menos móviles se asignaron al aire y al agua. Dado que los cuerpos simples podían descomponerse en triángulos, y estos triángulos reensamblarse en átomos de diferentes elementos, el modelo de Platón ofrecía una explicación plausible de los cambios entre las sustancias primarias. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

En algún momento antes del 330 a. C. , Aristóteles afirmó que los elementos fuego, aire, tierra y agua no estaban formados por átomos, sino que eran continuos. Aristóteles consideraba que la existencia del vacío, necesaria según las teorías atómicas, violaba los principios físicos. El cambio no se producía por la reorganización de los átomos para formar nuevas estructuras, sino por la transformación de la materia, de su potencial a una nueva realidad . Un trozo de arcilla húmeda, al ser moldeado por un alfarero, adquiere su potencial para convertirse en una jarra. Si bien Aristóteles pudo haber parecido rechazar el atomismo, en la antigua Grecia las teorías atómicas de Demócrito seguían siendo «meras especulaciones, incapaces de someterse a ninguna prueba experimental». Por otro lado, el modelo cualitativo de Aristóteles proporcionaba hipótesis que sí podían ser contrastadas. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Aristóteles teorizó los mínimos naturales como las partes más pequeñas en las que una sustancia natural homogénea (por ejemplo, carne, hueso o madera) podía dividirse sin perder su esencia. A diferencia del atomismo de Demócrito, estos "mínimos naturales" aristotélicos no se concebían como físicamente indivisibles. En cambio, el concepto de Aristóteles se basaba en su visión hilemórfica del mundo, que sostenía que toda cosa física es un compuesto de materia (en griego, hyle ) y de una forma sustancial inmaterial (en griego, morphe ) que le confiere su naturaleza y estructura esenciales. Para ilustrarlo con una analogía, podríamos imaginar una pelota de goma: la goma sería la materia que le permite adoptar otra forma, y ​​la forma esférica, la que le da su identidad de "pelota". Sin embargo, al usar esta analogía, debemos tener en cuenta que, de hecho, el caucho en sí mismo ya se consideraría un compuesto de forma y materia, ya que tiene identidad y determinación hasta cierto punto; la materia pura o primaria es completamente informe, ininteligible y con un potencial infinito para sufrir cambios.

La intuición de Aristóteles era que existe un tamaño mínimo más allá del cual la materia ya no puede estructurarse como carne, hueso, madera o cualquier otra sustancia orgánica que, para Aristóteles (que vivió antes de la invención del microscopio), pudiera considerarse homogénea. Por ejemplo, si la carne se dividiera más allá de su mínimo natural, lo que quedaría podría ser una gran cantidad de agua y cantidades menores de los demás elementos. Pero, independientemente del agua u otros elementos que quedaran, ya no tendrían la "naturaleza" de la carne: en términos hilemórficos, ya no serían materia estructurada por la forma de la carne; en cambio, el agua restante, por ejemplo, sería materia estructurada por la forma del agua, no por la forma de la carne.

Epicuro (341-270 a . C.) estudió el atomismo con Nausífanes , quien había sido discípulo de Demócrito. Si bien Epicuro estaba seguro de la existencia de los átomos y del vacío, no estaba tan convencido de que pudiéramos explicar adecuadamente fenómenos naturales específicos como terremotos, relámpagos, cometas o las fases de la Luna. ^{[ 19 ]} Se conservan pocos escritos de Epicuro, y los que existen reflejan su interés en aplicar las teorías de Demócrito para ayudar a las personas a asumir la responsabilidad de sí mismas y de su propia felicidad, ya que sostenía que no hay dioses que puedan ayudarlas. (Epicuro consideraba que el papel de los dioses era el de ejemplificar ideales morales).

Las ideas de Epicuro reaparecen en la obra de su seguidor romano Lucrecio ( c. 99 a. C. – c. 55 a. C.), autor de Sobre la naturaleza de las cosas . Esta obra científica clásica en latín, escrita en forma poética, ilustra varios aspectos de la teoría epicúrea sobre el origen del universo; demuestra que los fenómenos que percibimos son, en realidad, formas compuestas. Los átomos y el vacío son eternos y se encuentran en constante movimiento. Las colisiones atómicas crean objetos, que siguen estando compuestos por los mismos átomos eternos cuyo movimiento, durante un tiempo, se incorpora a la entidad creada. Lucrecio también explica las sensaciones humanas y los fenómenos meteorológicos en términos del movimiento atómico.

Si bien la filosofía aristotélica eclipsó la importancia de los atomistas en la Europa romana tardía y medieval, su obra se conservó y se difundió a través de comentarios sobre los escritos de Aristóteles. En el siglo II d. C., Galeno (129-216 d. C. ) presentó extensos análisis de los atomistas griegos, especialmente de Epicuro, en sus comentarios a Aristóteles.

El atomismo en el mutazilismo, como teología islámica temprana, es un concepto cosmológico que enfatiza que el universo consta de partes discretas (juz' lā yatajazzā) o indivisas creadas por Dios. Este concepto también es la base del rechazo mutaziliano al determinismo . Con una naturaleza atomizada, se considera que los humanos son capaces de crear acciones de forma independiente (mubasharah), por lo que merecen recompensas o castigos según sus acciones. Esto concuerda con el principio de que el bien y el mal son racionales e inherentes a la esencia misma de la acción, no solo el resultado de la decisión de Dios. Los teólogos y filósofos mutazilianos famosos por sus conceptos atomistas son Abu al-Hudhayl ​​Al-'Allaf y Al-Jubba'i . También existen teólogos mutazilianos escépticos del atomismo, como Ibrahim al-Nazzam . ^{[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]}

La forma más exitosa del atomismo islámico se dio en la escuela asharita de teología islámica , especialmente en la obra del teólogo al-Ghazali ( 1058-1111 ). En el atomismo asharita, los átomos son las únicas cosas materiales perpetuas que existen, y todo lo demás en el mundo es "accidental", es decir, algo que dura solo un instante. Nada accidental puede ser la causa de nada más, excepto la percepción, ya que existe por un momento. Los eventos contingentes no están sujetos a causas físicas naturales, sino que son el resultado directo de la intervención constante de Dios, sin la cual nada podría suceder. Así, la naturaleza depende completamente de Dios, lo cual concuerda con otras ideas islámicas asharitas sobre la causalidad, o la falta de ella. ^{[ 56 ]} Al-Ghazali también utilizó esta teoría para apoyar su teoría del ocasionalismo . En cierto sentido, la teoría asharita del atomismo tiene mucho más en común con el atomismo indio que con el atomismo griego. ^{[ 57 ]}

Otras tradiciones islámicas rechazaron el atomismo de los asharitas y desarrollaron numerosos textos griegos, especialmente los de Aristóteles. Una activa escuela de filósofos en Al-Ándalus, entre los que destacaba el célebre comentarista Averroes (1126-1198 d . C.), rechazó explícitamente el pensamiento de al-Ghazali y se dedicó a una exhaustiva evaluación del pensamiento aristotélico. Averroes comentó en detalle la mayoría de las obras de Aristóteles, y sus comentarios tuvieron una gran influencia en el pensamiento escolástico judío y cristiano.

Aunque las obras de los antiguos atomistas no estaban disponibles, los pensadores escolásticos fueron conociendo gradualmente las críticas de Aristóteles al atomismo a medida que los comentarios de Averroes se traducían al latín . Si bien el atomismo de Epicuro había caído en desuso durante los siglos de la escolástica , los mínimos naturales del aristotelismo recibieron una amplia consideración. La especulación sobre los mínimos naturales proporcionó un trasfondo filosófico para la filosofía mecanicista de pensadores de la primera modernidad, como Descartes, y para las obras alquímicas de Geber y Daniel Sennert , quienes a su vez influyeron en el alquimista corpuscular Robert Boyle , uno de los fundadores de la química moderna. ^{[ 58 ] [ 59 ]}

Un tema central en los comentarios romanos tardíos y escolásticos sobre este concepto fue la conciliación de los mínimos naturales con el principio aristotélico general de divisibilidad infinita . Comentaristas como Juan Filopono y Tomás de Aquino conciliaron estos aspectos del pensamiento aristotélico distinguiendo entre divisibilidad matemática y «natural». Salvo contadas excepciones, gran parte del currículo universitario europeo se basó en este aristotelismo durante la mayor parte de la Edad Media. ^{[ 60 ]}

En las universidades medievales , sin embargo, existían expresiones de atomismo. Por ejemplo, en el siglo XIV, Nicolás de Autrecourt consideraba que la materia, el espacio y el tiempo estaban compuestos de átomos, puntos e instantes indivisibles, y que toda generación y corrupción se producía mediante la reorganización de átomos materiales. Las similitudes de sus ideas con las de al-Ghazali sugieren que Nicolás pudo haber estado familiarizado con la obra de Ghazali, quizás a través de la refutación que Averroes hizo de ella. ^{[ 61 ]}

Uno de los primeros grupos de atomistas en Inglaterra fue un grupo de científicos aficionados conocido como el círculo de Northumberland, liderado por Henry Percy, noveno conde de Northumberland (1564-1632 ) . Aunque publicaron poco de importancia, contribuyeron a difundir las ideas atomistas entre la floreciente cultura científica inglesa y pudieron haber sido particularmente influyentes para Francis Bacon , quien se convirtió en atomista alrededor de 1605, aunque posteriormente rechazó algunas de las afirmaciones del atomismo. Si bien revivieron la forma clásica del atomismo, este grupo se encontraba entre la vanguardia científica: el círculo de Northumberland albergaba a casi la mitad de los copernicas confirmados antes de 1610 (año de la publicación de El mensajero estelar de Galileo ). Otros atomistas influyentes de finales del siglo XVI y principios del XVII fueron Giordano Bruno , Thomas Hobbes (quien también cambió su postura sobre el atomismo al final de su carrera) y Thomas Hariot . En Francia también florecían en ese momento varias teorías atomistas diferentes. ^{[ 62 ]}

Galileo Galilei (1564-1642 ) fue un defensor del atomismo en su Discurso sobre los cuerpos flotantes de 1612 (Redondi 1969). En El ensayador , Galileo propuso un sistema físico más completo basado en una teoría corpuscular de la materia, según la cual todos los fenómenos —a excepción del sonido— son producidos por la "materia en movimiento".

La filosofía «mecánica» del corpuscularismo de René Descartes (1596-1650 ) tenía mucho en común con el atomismo y, en cierto sentido, se considera una versión diferente del mismo. Descartes creía que todo lo físico del universo estaba compuesto de diminutos vórtices de materia. Al igual que los antiguos atomistas, afirmaba que las sensaciones, como el gusto o la temperatura, son causadas por la forma y el tamaño de pequeñas partículas de materia. En Principios de la filosofía (1644) escribe: «La naturaleza del cuerpo consiste simplemente en extensión, no en peso, dureza, color ni nada parecido». ^{[ 64 ]} La principal diferencia entre el atomismo y el concepto cartesiano radicaba en la existencia del vacío. Para él, no podía existir el vacío, y toda la materia giraba constantemente para evitarlo a medida que los corpúsculos se movían a través de la materia. Otra distinción clave entre la visión de Descartes y el atomismo clásico es la dualidad mente/cuerpo que planteaba Descartes, la cual permitía un ámbito de existencia independiente para el pensamiento, el alma y, lo más importante, Dios.

Pierre Gassendi (1592-1655 ) fue un sacerdote católico francés y un ferviente filósofo natural. Su concepto de atomismo se acercaba al atomismo clásico, pero sin connotaciones ateas. Le fascinaban especialmente los atomistas griegos, por lo que se propuso «purificar» el atomismo de sus conclusiones filosóficas heréticas y ateas (Dijksterhius 1969). Gassendi formuló su concepción atomista de la filosofía mecánica en parte como respuesta a Descartes; se oponía particularmente a la visión reduccionista de Descartes, según la cual solo son válidas las explicaciones puramente mecánicas de la física, así como a la aplicación de la geometría a la totalidad de la física. ^{[ 62 ]}

Johann Chrysostom Magnenus ( c. 1590 – c. 1679 ) publicó su Democritus reviviscens en 1646. Magnenus fue el primero en llegar a una estimación científica del tamaño de un "átomo" (es decir, de lo que hoy se llamaría una molécula ). Midiendo cuánto incienso debía quemarse para que su aroma se percibiera en toda una iglesia grande, calculó que el número de moléculas en un grano de incienso era del orden de 10¹⁸ ^, solo un orden de magnitud inferior a la cifra real. ^{[ 65 ]}

En su ensayo de 1744, Meditaciones sobre la causa del calor y el frío , el polímata ruso Mikhail Lomonosov definió específicamente los corpúsculos como partículas compuestas: "Un elemento es parte de un cuerpo que no está compuesto de ningún otro cuerpo más pequeño... Un corpúsculo es una colección de elementos que constituyen una pequeña masa..." ^{[ 72 ]} En un estudio posterior (1748), utiliza el término "átomo" en lugar de "elemento", y "partícula" o "molécula" en lugar de "corpúsculo".

En 1808, el físico inglés John Dalton (1766-1844) recopiló el trabajo experimental conocido de muchas personas para resumir la evidencia empírica sobre la composición de la materia. ^{[ 74 ]} Observó que el agua destilada se analizaba en todas partes en los mismos elementos: hidrógeno y oxígeno . De manera similar, otras sustancias purificadas se descomponían en los mismos elementos en las mismas proporciones en peso.

Por lo tanto, podemos concluir que las partículas fundamentales de todos los cuerpos homogéneos son perfectamente iguales en peso, forma, etc. En otras palabras, cada partícula de agua es igual a cualquier otra partícula de agua; cada partícula de hidrógeno es igual a cualquier otra partícula de hidrógeno, etc.

Además, concluyó que existía un átomo único para cada elemento, utilizando la definición de Lavoisier de un elemento como una sustancia que no podía analizarse en algo más simple. Por lo tanto, Dalton concluyó lo siguiente.

El análisis y la síntesis química se limitan a la separación y reunificación de partículas. La creación o destrucción de materia no está al alcance de la acción química. Sería tan inútil intentar introducir un nuevo planeta en el sistema solar o aniquilar uno ya existente como crear o destruir una partícula de hidrógeno. Todos los cambios que podemos producir consisten en separar partículas que se encuentran en un estado de cohesión o combinación y unir aquellas que antes estaban separadas.

Y luego procedió a dar una lista de pesos relativos en las composiciones de varios compuestos comunes, resumiendo: ^{[ 75 ]}

1º. Que el agua es un compuesto binario de hidrógeno y oxígeno, y los pesos relativos de los dos átomos elementales son aproximadamente 1:7;

2º. Que el amoníaco es un compuesto binario de hidrógeno y nitrógeno atómico , y los pesos relativos de los dos átomos son de 1:5, casi...

Dalton concluyó que las proporciones fijas de los elementos en peso sugerían que los átomos de un elemento se combinaban solo con un número limitado de átomos de los otros elementos para formar las sustancias que él enumeró.

La teoría atómica de Dalton siguió siendo controvertida durante todo el siglo XIX. ^{[ 76 ]} Si bien la Ley de las Proporciones Definidas fue aceptada, la hipótesis de que esto se debía a los átomos no fue tan ampliamente aceptada. Por ejemplo, en 1826, cuando Sir Humphry Davy le entregó a Dalton la Medalla Real de la Royal Society , Davy dijo que la teoría solo se volvió útil cuando se ignoró la conjetura atómica. ^{[ 77 ]} El químico inglés Sir Benjamin Collins Brodie publicó en 1866 la primera parte de su Cálculo de Operaciones Químicas ^{[ 78 ]} como una alternativa no atómica a la teoría atómica. Describió la teoría atómica como un «trabajo de carpintero completamente materialista». ^{[ 79 ]} El químico inglés Alexander Williamson utilizó su Discurso Presidencial ante la Sociedad Química de Londres en 1869 ^{[ 80 ]} para defender la teoría atómica contra sus críticos y escépticos. Esto a su vez condujo a nuevas reuniones en las que los positivistas atacaron nuevamente la suposición de que existían átomos. El asunto se resolvió finalmente a favor de Dalton a principios del siglo XX con el auge de la física atómica .

Desde la década de 1860 hasta alrededor de 1890, una teoría propuesta originalmente por William Thomson y ampliada por J.J. Thomson consideraba los átomos como vórtices en un medio fluido continuo y omnipresente. La idea era ver la materia como rotaciones estables en el fluido sin fricción, similares a los anillos de humo que se usaban para ilustrar visualmente el concepto. ^{[ 81 ] : 38} La teoría del vórtice anterior de Descartes imaginaba partículas diminutas en remolino, pero en el modelo de Thomson los vórtices existían en un medio continuo. ^{[ 81 ] : 33} La teoría se superpuso al surgimiento de la teoría del éter luminífero en concepto y en marco temporal, pero las dos teorías no eran idénticas. ^{[ 81 ] : 49} Si bien la teoría tuvo un impacto significativo en las matemáticas, inspirando, por ejemplo, la teoría de nudos , ^{[ 81 ] : 46} sus propios defensores concluyeron finalmente que los vórtices no eran estables y, además, la teoría no ofrecía ninguna explicación de fenómenos como el magnetismo y la gravitación. ^{[ 81 ] : 75}

Desde hacía tiempo se teorizaba que los átomos y las moléculas eran los constituyentes de la materia, y Albert Einstein publicó en 1905 un artículo que explicaba cómo el movimiento observado por el botánico escocés Robert Brown era el resultado del desplazamiento del polen por moléculas de agua individuales, constituyendo así una de sus primeras contribuciones a la ciencia. Esta explicación del movimiento browniano sirvió como prueba convincente de la existencia de átomos y moléculas, y fue verificada experimentalmente por el físico francés Jean Perrin (1870-1942) en 1908. Perrin recibió el Premio Nobel de Física en 1926 «por su trabajo sobre la estructura discontinua de la materia». La dirección de la fuerza del bombardeo atómico cambia constantemente, y en distintos momentos la partícula recibe más impactos en un lado que en otro, lo que explica la aparente naturaleza aleatoria del movimiento.