Ernst Mach

El conocimiento y el error fluyen de las mismas fuentes mentales; solo el éxito puede distinguir uno del otro.

Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach fue un físico y filósofo austriaco, reconocido por sus contribuciones a la física, como el estudio de las ondas de choque. La relación entre la velocidad propia y la del sonido se denomina número de Mach en su honor. Como filósofo de la ciencia, fue una influencia importante en el positivismo lógico y el pragmatismo estadounidense. A través de su crítica de las teorías de Newton sobre el espacio y el tiempo, anticipó la teoría de la relatividad de Einstein.

Biografía

Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach nació en Chrlice (alemán: Chirlitz), Moravia, entonces en el Imperio Austriaco, ahora parte de Brno en la República Checa. Su padre, que se había graduado de la Universidad Carlos-Fernando en Praga, actuó como tutor de la noble familia Brethon en Zlín en la Moravia oriental. Su abuelo, Wenzl Lanhaus, administrador del patrimonio de Chirlitz, fue también maestro constructor de las calles de allí. Sus actividades en ese campo influyeron posteriormente en el trabajo teórico de Ernst Mach. Algunas fuentes dan como lugar de nacimiento de Mach Tuřany (alemán: Turas), ahora también parte de Brno, sede del registro de Chirlitz. Fue allí donde Ernst Mach fue bautizado por Peregrin Weiss. Mach posteriormente se convirtió en socialista y ateo. Su teoría y vida, sin embargo, a veces se comparaban con el budismo, especialmente por Heinrich Gomperz, quien se dirigía a Mach como el "Buda de la Ciencia" debido al enfoque fenomenalista del "Yo" en su Análisis de las Sensaciones.

Hasta los 14 años, Mach recibió educación en casa de sus padres. Luego ingresó a un Gymnasium en Kroměříž (alemán: Kremsier), donde estudió durante tres años. En 1855 se convirtió en estudiante de la Universidad de Viena. Allí estudió física y por un semestre fisiología médica, obteniendo su doctorado en física en 1860 bajo Andreas von Ettingshausen con una tesis titulada Über elektrische Ladungen und Induktion, y su habilitación al año siguiente. Su trabajo inicial se enfocó en el efecto Doppler en óptica y acústica. En 1864, consiguió un trabajo como Profesor de Matemáticas en la Universidad de Graz, habiendo rechazado la posición de cátedra en cirugía en la Universidad de Salzburgo para hacerlo, y en 1866 fue nombrado Profesor de Física. Durante ese período, Mach continuó su trabajo en psicofísica y percepción sensorial. En 1867, asumió la cátedra de Física Experimental en la Universidad Carlos-Fernando, donde permaneció durante 28 años antes de regresar a Viena.

La principal contribución de Mach a la física implicó su descripción y fotografías de ondas de choque de chispa y luego ondas de choque balísticas. Describió cómo cuando una bala o proyectil se movía más rápido que la velocidad del sonido, creaba una compresión del aire frente a él. Utilizando fotografía schlieren, él y su hijo Ludwig pudieron fotografiar las sombras de las ondas de choque invisibles. A principios de la década de 1890, Ludwig pudo inventar un interferómetro que permitió fotografías mucho más claras. Pero Mach también hizo muchas contribuciones a la psicología y fisiología, incluyendo su anticipación de fenómenos de gestalt, su descubrimiento del efecto oblicuo y de las bandas de Mach, un tipo de ilusión visual influenciada por inhibición, y especialmente su descubrimiento de una función no acústica del oído interno que ayuda a controlar el equilibrio humano.

Una de las ideas más conocidas de Mach es el llamado "principio de Mach", concerniente al origen físico de la inercia. Esto nunca fue escrito por Mach, pero le fue dada una forma verbal gráfica, atribuida por Philipp Frank al mismo Mach, como: "Cuando el metro se sacude, son las estrellas fijas las que te derriban".

Mach también se hizo bien conocido por su filosofía, desarrollada en estrecha interacción con su ciencia. Mach defendió un tipo de fenomenalismo que reconocía solo las sensaciones como reales. Esta posición parecía incompatible con la visión de átomos y moléculas como cosas externas, independientes de la mente. Famosamente declaró, después de una conferencia de 1897 de Ludwig Boltzmann en la Academia Imperial de Ciencias de Viena: "¡No creo que los átomos existan!". Desde aproximadamente 1908 a 1911, la renuencia de Mach a reconocer la realidad de los átomos fue criticada por Max Planck como incompatible con la física. La demostración de Einstein en 1905 de que las fluctuaciones estadísticas de los átomos permitían medir su existencia sin evidencia sensorial individualizada directa marcó un punto de inflexión en la aceptación de la teoría atómica. Algunas de las críticas de Mach a la posición de Newton sobre el espacio y el tiempo influyeron en Einstein, pero posteriormente Einstein se dio cuenta de que Mach se oponía básicamente a la filosofía de Newton y concluyó que su crítica física no era sólida.

En 1898, Mach sufrió un paro cardíaco y en 1901 se retiró de la Universidad de Viena y fue nombrado en la cámara alta del parlamento austriaco. Al abandonar Viena en 1913, se mudó a la casa de su hijo en Vaterstetten, cerca de Munich, donde continuó escribiendo y correspondencia hasta su muerte en 1916, un día después de cumplir 78 años.

Física

La mayoría de los estudios iniciales de Mach en el campo de la física experimental se concentraron en la interferencia, difracción, polarización y refracción de la luz en diferentes medios bajo influencias externas. De allí siguieron exploraciones importantes en el campo de la mecánica de fluidos supersónica. Mach y el físico-fotógrafo Peter Salcher presentaron su artículo sobre este tema en 1887; describe correctamente los efectos de sonido observados durante el movimiento supersónico de un proyectil. Dedujeron y confirmaron experimentalmente la existencia de una onda de choque de forma cónica, con el proyectil en el ápice. La relación de la velocidad de un fluido a la velocidad local del sonido vp/vs ahora se llama número de Mach. Es un parámetro crítico en la descripción del movimiento de fluidos de alta velocidad en aerodinámica e hidrodinámica. Mach también contribuyó a la cosmología con la hipótesis conocida como principio de Mach.

Filosofía de la ciencia

Empirio-criticismo

De 1895 a 1901, Mach ocupó una cátedra recientemente creada para "la historia y filosofía de las ciencias inductivas" en la Universidad de Viena. En sus estudios histórico-filosóficos, Mach desarrolló una filosofía de la ciencia fenomenalista que se volvió influyente en los siglos XIX y XX. Originalmente veía las leyes científicas como resúmenes de eventos experimentales, construidos con el propósito de hacer comprensibles datos complejos, pero posteriormente enfatizó las funciones matemáticas como una forma más útil de describir las apariencias sensoriales. Así, las leyes científicas, aunque algo idealizadas, tienen más que ver con describir sensaciones que con la realidad tal como existe más allá de las sensaciones.

El objetivo que se ha fijado (la ciencia física) es la expresión abstracta más simple y económica de los hechos.

Cuando la mente humana, con sus poderes limitados, intenta reflejarse en sí misma la vida rica del mundo, del cual es solo una pequeña parte, y que nunca puede esperar agotar, tiene toda la razón para proceder económicamente.

En realidad, la ley siempre contiene menos que el hecho mismo, porque no reproduce el hecho en su totalidad sino solo en ese aspecto del mismo que es importante para nosotros, siendo el resto omitido intencionalmente o por necesidad.

El positivismo de Mach también influyó en muchos marxistas rusos, como Alexander Bogdanov (1873–1928). En 1908, Lenin escribió una obra filosófica, Materialismo y empirio-criticismo (publicada en 1909), en la que criticó el maquismo y las opiniones de los "maquistas rusos". Sus principales críticas fueron que la filosofía de Mach conducía al solipsismo y a la conclusión absurda de que la naturaleza no existía antes de los humanos. Lenin también citó en este trabajo el concepto del "éter", como el medio a través del cual se propagaban las ondas de luz, y el concepto del tiempo como algo absoluto, conceptos que fueron posteriormente demostrados como incorrectos con desarrollos científicos posteriores.

El empirio-criticismo es el término para la filosofía positivista rigurosa y radicalmente empírica establecida por el filósofo alemán Richard Avenarius y desarrollada ulteriormente por Mach, que afirma que todo lo que podemos conocer son nuestras sensaciones y que el conocimiento debe limitarse a la experiencia pura.

De acuerdo con la filosofía empirio-crítica, Mach se opuso a Ludwig Boltzmann y otros que propusieron una teoría atómica de la física. Como uno no puede observar directamente cosas tan pequeñas como átomos, y como ningún modelo atómico de la época era consistente, la hipótesis atómica le parecía a Mach injustificada, y quizás no suficientemente "económica". Mach tuvo una influencia directa en los filósofos del Círculo de Viena y en la escuela del positivismo lógico en general.

A Mach se le atribuyen varios principios que destilan su ideal de teorización física—lo que ahora se llama "física maquiana":

1. Debe basarse completamente en fenómenos directamente observables en línea con sus inclinaciones positivistas
2. Debe evitar completamente el espacio y tiempo absolutos en favor del movimiento relativo
3. Cualquier fenómeno que parecería atribuible al espacio y tiempo absolutos, p. ej., inercia y fuerza centrífuga, debe considerarse en cambio como emergente de la distribución a gran escala de materia en el universo.

El último se destaca, particularmente por Albert Einstein, como "el" principio de Mach. Einstein lo citó como uno de los tres principios subyacentes a la relatividad general. En 1930, declaró que "es justificado considerar a Mach como el precursor de la teoría general de la relatividad", aunque Mach, antes de su muerte, aparentemente rechazaría la teoría de Einstein. Einstein era consciente de que sus teorías no cumplían todos los principios de Mach, y ninguna teoría posterior tampoco lo ha hecho, a pesar del esfuerzo considerable.

Constructivismo fenomenológico

Según Alexander Riegler, el trabajo de Ernst Mach fue un precursor de la perspectiva influyente conocida como constructivismo. El constructivismo sostiene que todo conocimiento es construido en lugar de ser recibido por el alumno. Adoptó una posición excepcionalmente no-dualista y fenomenológica. El fundador del constructivismo radical, von Glasersfeld, hizo una referencia a Mach como un aliado.

Fisiología

En 1873, independientemente el uno del otro, Mach y el fisiólogo y médico Josef Breuer descubrieron cómo funciona el sentido del equilibrio, es decir, la percepción del desequilibrio de la cabeza, rastreando su gestión por información que el cerebro recibe del movimiento de un fluido en los conductos semicirculares del oído interno. Que el sentido del equilibrio dependía de los tres conductos semicirculares fue descubierto en 1870 por el fisiólogo Friedrich Goltz, pero Goltz no descubrió cómo funcionaba el aparato sensible al equilibrio. Mach ideó una silla giratoria para permitirle probar sus teorías, y Floyd Ratliff ha sugerido que este experimento puede haber allanado el camino para la crítica de Mach de una concepción física del espacio y movimiento absolutos.

Psicología

En el área de la percepción sensorial, los psicólogos recuerdan a Mach por la ilusión óptica llamada bandas de Mach. El efecto exagera el contraste entre los bordes de matices ligeramente diferentes de gris, tan pronto como se ponen en contacto, al desencadenar la detección de bordes en el sistema visual humano.

Más claramente que antes o después, Mach hizo la distinción entre lo que llamó espacios fisiológicos, específicamente visuales y geométricos.

Las opiniones de Mach sobre estructuras mediadoras inspiraron la posición fuertemente inductiva de B. F. Skinner, que era paralela a la de Mach en el campo de la psicología.

Epónimos

En homenaje, su nombre fue dado a:

• Mach, un cráter lunar
• Bandas de Mach, una ilusión óptica
• 3949 Mach, un asteroide
• Número de Mach, la unidad de velocidad relativa a la velocidad del sonido

Bibliografía

Las principales obras de Mach en inglés:

• The Science of Mechanics. Traducido por McCormack, Thomas J. 4ª ed. Chicago: The Open Court Publishing Co. 1919.
• "Photographische Fixirung der durch Projectile in der Luft eingeleiteten Vorgänge". Sitzungsber. Kaiserl. Akad. Wiss., Wien, Math.-Naturwiss. Cl. en alemán. 95 Abt. II: 764–780. 1887. con Peter Slacher
• The Analysis of Sensations 1897
• Popular Scientific Lectures 1895
• "Space and Geometry from the Point of View of Physical Inquiry". Monist. 14 1: 1–32. 1903. doi:10.5840/monist190314139. ISSN 0026-9662. con S.J.B. Sugden
• History and Root of the Principle of the Conservation of Energy 1911
• The Principles of Physical Optics 1926
• Knowledge and Error 1976
• Principles of the Theory of Heat 1986
• Fundamentals of the Theory of Movement Perception 2001