¡Mi hijo es un inquisidor! (Sobre sistemas de referencia inerciales)

Pocos días atrás bajaba en el ascensor de mi edificio con mi hijo de tres años. El ascensor tiene puertas enrejadas de manera que uno puede ver a través de ellas el paso de los pisos. Mi hijo entonces señalándolos me dijo:
—Mirá, papá, eso está subiendo.
—Sí, chiquitín. Pero en realidad eso está quieto, somos nosotros que estamos bajando.
—Nooo, si yo lo veo que está subiendo...

No insistí, después de todo la observación de mi hijo merecía ser examinada un poco más en profundidad. Es que el ascensor que se mueve a velocidad constante (ya sea que baja o que sube) constituye lo que en física se denomina un sistema de referencia inercial. Pero ¿qué es un sistema de referencia inercial?

Eppur si muove

La persona que introdujo la noción de lo que hoy se conoce como sistema de referencia inercial fue Galileo Galilei. Él llamó la atención sobre el hecho de que si estuviéramos en la cabina de un barco sin posibilidad de mirar hacia afuera, no tendríamos forma de distinguir si el barco está quieto o si se mueve de manera uniforme (sin variaciones de rapidez ni de dirección).[1] Si por ejemplo se nos ocurriese saltar, caeríamos en el mismo lugar sea que el barco este quieto o avanzando. Lo mismo si lanzamos una moneda, el lugar en el que caerá no dependerá del movimiento del barco en tanto este sea uniforme.

El barco de Galileo y el ascensor de mi hijo pueden entenderse como sistemas de referencia inerciales. Más ampliamente, todo sistema de referencia en tanto no varíe su velocidad (sea en magnitud o en dirección)[2] será inercial. Ahora bien, para que un cuerpo varíe su velocidad, es necesario que se aplique sobre este una fuerza. En tanto no se aplique ninguna fuerza, el cuerpo mantendrá su estado de movimiento uniforme (o en reposo si es que se hallaba en reposo). Este es el principio de inercia, que constituye la primera de las leyes de la mecánica newtoniana.[3]

Estas ideas de Galileo rechazaban las aristotélicas que imperaban en su época. Aristóteles sostenía que para que algo se mantuviera en movimiento constante debía aplicársele una fuerza. Es decir que no pudo Aristóteles vislumbrar el principio de inercia. En realidad, el principio de inercia se puede concebir si se acepta la idea de un espacio vacío, desprovisto de materia (de fricción), lo cual no formaba parte de la cosmovisión de Aristóteles. De manera que resulta lógico que no pudiera él formular este principio.

Como cuenta la historia, las ideas revolucionarias de Galileo le significaron a este no pocos problemas con la Santa Inquisición, que defendía las ideas aristotélicas. La famosa frase que se le atribuye: “Y sin embargo se mueve”, se refiere al movimiento de la Tierra (heliocentrismo), cuestionado entonces por la Iglesia (geocentrismo). Imaginemos ahora que la Tierra fuera un ascensor que desciende a velocidad constante por un edificio y entonces tendremos reproducido el juicio a Galileo.

¡Oh, no! ¡Mi hijo es un inquisidor!

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[1] Vale aclarar que el que no se pueda mirar afuera en el ejemplo de Galileo no constituye en realidad una condición. Si desde la ventana de nuestra cabina viéramos otro barco en movimiento relativo al nuestro, no podríamos decir si es ese barco el que se mueve o si es el nuestro o si se mueven ambos. Tal como mi hijo en el ascensor entendía que lo que se movía era el edificio.
[2] La velocidad en física se representa como un vector, lo que significa que puede variar tanto en magnitud (variación de rapidez) como en dirección.
[3] Siendo rigurosos, debido a las fuerzas de fricción que tienden a detener el movimiento, para mantener en velocidad constante al barco o al ascensor debe aplicarse una fuerza (viento, motores) que contrarrestre a aquellas. Pero en física esta clase de experimentos deben pensarse idealizados, es decir, sin la intervención de fuerzas de rozamiento.