Ernst Mach

Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach (MAHKH, alemán: [ɛʁnst ˈmax]; 18 de febrero de 1838 - 19 de febrero de 1916) fue un físico y filósofo austríaco nacido en Moravia, que contribuyó a la física de las ondas de choque. La relación entre la velocidad de uno y la del sonido se denomina número de Mach en su honor. Como filósofo de la ciencia, fue una gran influencia en el positivismo lógico y el pragmatismo estadounidense. A través de su crítica de las teorías del espacio y el tiempo de Newton, presagió la teoría de la relatividad de Einstein.

Biografía

Mach nació en Chrlice (alemán: Chirlitz), Moravia (entonces en el Imperio austríaco, ahora parte de Brno en la República Checa). Su padre, que se había graduado de la Universidad Charles-Ferdinand de Praga, actuó como tutor de la noble familia Brethon en Zlín, en el este de Moravia. Su abuelo, Wenzl Lanhaus, administrador de la finca Chirlitz, también fue maestro de obras de las calles de allí. Sus actividades en ese campo influyeron más tarde en el trabajo teórico de Ernst Mach. Algunas fuentes indican que el lugar de nacimiento de Mach es Tuřany (en alemán: Turas, ahora también parte de Brno), el sitio de la oficina de registro de Chirlitz. Fue allí donde Mach fue bautizado por Peregrin Weiss. Más tarde, Mach se convirtió en socialista y ateo, pero su teoría y su vida a veces se compararon con el budismo. Heinrich Gomperz llamó a Mach el "Buda de la ciencia" debido a su enfoque fenomenalista del "Ego" en su Análisis de las sensaciones.

Hasta los 14 años, Mach fue educado en casa por 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 durante un semestre fisiología médica, recibiendo su doctorado en física en 1860 con Andreas von Ettingshausen con una tesis titulada Über elektrische Ladungen und Induktion, y su habilitación al año siguiente. Sus primeros trabajos se centraron en el efecto Doppler en óptica y acústica. En 1864, tomó un trabajo como profesor de matemáticas en la Universidad de Graz, después de haber rechazado la cátedra de 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, ocupó la cátedra de física experimental en la Universidad Charles-Ferdinand, donde permaneció durante 28 años antes de regresar a Viena.

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

Una de las ideas de Mach más conocidas es el llamado 'principio de Mach', relativo al origen físico de la inercia. Esto nunca fue escrito por Mach, pero se le dio una forma verbal gráfica, atribuida por Philipp Frank al propio Mach, como, "Cuando el metro se sacude, son las estrellas fijas las que te derriban". 34;

Ernst Mach's historical 1887 photograph (shadowgraph) of a bow shockwave around a supersonic bullet

Mach también se hizo conocido por su filosofía, desarrollada en estrecha interacción con su ciencia. Mach defendía un tipo de fenomenalismo que reconoce como reales sólo las sensaciones. Esta posición parecía incompatible con la visión de los átomos y las moléculas como cosas externas e independientes de la mente. Después de una conferencia de Ludwig Boltzmann en la Academia Imperial de Ciencias de Viena en 1897, declaró: "¡No creo que los átomos existan!" Aproximadamente desde 1908 hasta 1911, Max Planck criticó la reticencia de Mach a reconocer que la realidad de los átomos era incompatible con la física. La demostración de Einstein de 1905 de que las fluctuaciones estadísticas de los átomos permitían la medición de 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 más tarde Einstein se dio cuenta de que Mach se oponía básicamente a la filosofía de Newton y concluyó que su crítica física no era sólida.

Ernst Mach en 1905

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

Física

La mayoría de los estudios iniciales de Mach en física experimental se concentraron en la interferencia, difracción, polarización y refracción de la luz en diferentes medios bajo influencias externas. A partir de ahí siguieron exploraciones en mecánica de fluidos supersónicos. 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 vértice. La relación entre la velocidad de un fluido y la velocidad local del sonido v_p/v_s ahora se llama el número de Mach. Es un parámetro crítico en la descripción del movimiento de fluidos a alta velocidad en aerodinámica e hidrodinámica. Mach también aportó a la cosmología la hipótesis conocida como principio de Mach.

Filosofía de la ciencia

Busto de Mach en el Rathauspark (City Hall Park) en Viena, Austria

Empiriocriticismo

De 1895 a 1901, Mach ocupó una cátedra de nueva creación para "la historia y filosofía de las ciencias inductivas" en la Universidad de Viena. En sus estudios histórico-filosóficos, Mach desarrolló una filosofía fenomenalista de la ciencia que se volvió influyente en los siglos XIX y XX. Originalmente vio las leyes científicas como resúmenes de eventos experimentales, construidos con el propósito de hacer comprensibles los datos complejos, pero luego 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 (ciencia física) se ha fijado es el simple y más económica expresión abstracta de hechos.

Cuando la mente humana, con sus limitados poderes, intenta reflejar en sí misma la rica vida del mundo, de la cual es sólo una pequeña parte, y que nunca puede esperar agotar, tiene todas las razones para proceder económicamente.

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

Al separar mentalmente un cuerpo del ambiente cambiante en el que se mueve, lo que realmente hacemos es extricar un grupo de sensaciones en las que nuestros pensamientos están abrochados y que es de estabilidad relativamente mayor que los otros, desde el flujo de todas nuestras sensaciones. Supongamos que íbamos a atribuir a la naturaleza la propiedad de producir efectos similares en circunstancias similares; sólo estas circunstancias similares no deberíamos saber cómo encontrar. La naturaleza existe sólo una vez. Nuestra esquemática imitación mental solo produce como eventos.

El positivismo de Mach también influyó en muchos marxistas rusos, como Alexander Bogdanov. En 1908, Lenin escribió una obra filosófica, Materialismo y empiriocriticismo, en la que criticaba el machismo y las opiniones de los "machistas rusos". Sus principales críticas fueron que la filosofía de Mach conducía al solipsismo y a la absurda conclusión de que la naturaleza no existía antes que los humanos:

Si los cuerpos son "complejos de sensaciones", como dice Mach, o "combinaciones de sensaciones", como dijo Berkeley, inevitablemente sigue que todo el mundo es sólo mi idea. Partiendo de tal premisa es imposible llegar a la existencia de otras personas además de uno mismo: es el solipsismo más puro. ...si [Mac] no admite que el contenido "sensible" es una realidad objetiva, existente independientemente de nosotros, sólo queda un "abstracto desnudo" I, un I infaliblemente escrito con una letra mayúscula y italicizado, igual a "el piano loco, que imaginaba que era la única cosa existente en este mundo". Si el contenido "sensible" de nuestras sensaciones no es el mundo externo, entonces nada existe excepto este desnudo me comprometí en acrobacias "filosóficas" vacías.

—Capítulo 1.1, "Sensaciones y Complejos de Sensaciones"

Empiriocriticismo es el término para la filosofía rigurosamente positivista y radicalmente empirista establecida por el filósofo alemán Richard Avenarius y desarrollada por Mach, que afirma que todo lo que podemos conocer son nuestras sensaciones y que el conocimiento debe limitarse a la pura experiencia.

De acuerdo con la filosofía empiriocrítica, Mach se opuso a Ludwig Boltzmann y otros que propusieron una teoría atómica de la física. Dado que no se pueden observar cosas tan pequeñas como los átomos directamente, y dado que ningún modelo atómico en ese momento era consistente, la hipótesis atómica le pareció injustificada a Mach, y quizás no lo suficientemente 'económica'. Mach tuvo una influencia directa en los filósofos del Círculo de Viena y el positivismo lógico en general.

A Mach se le atribuyen una serie de principios que destilan su ideal de teorización física, lo que ahora se llama "física de Machian":

1. Debe basarse completamente en fenómenos directamente observables (en línea con sus inclinaciones positivistas)
2. Debería esquiw completamente espacio absoluto y tiempo a favor de movimiento relativo
3. Cualquier fenómeno que parezca atribuible al espacio y al tiempo absolutos (por ejemplo, la fuerza inercia y la fuerza centrífuga) debería considerarse como emergente de la distribución de la materia en el universo.

El último es señalado, particularmente por Einstein, como "el" Principio de Mach. Einstein lo citó como uno de los tres principios subyacentes a la relatividad general. En 1930, escribió, "está justificado considerar a Mach como el precursor de la teoría general de la relatividad", aunque Mach, antes de su muerte, aparentemente rechazó la teoría de Einstein. Einstein era consciente de que sus teorías no cumplían con todos los principios de Mach, y ninguna teoría posterior tampoco, a pesar de un esfuerzo considerable.

Constructivismo fenomenológico

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

Silla giratoria diseñada por Mach para investigar la experiencia del movimiento

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 la información que el cerebro recibe de el movimiento de un fluido en los canales semicirculares del oído interno. Que el sentido del equilibrio depende de los tres canales semicirculares fue descubierto en 1870 por el fisiólogo Friedrich Goltz, pero Goltz no descubrió cómo funciona el aparato sensor del equilibrio. Mach ideó una silla giratoria para probar sus teorías, y Floyd Ratliff ha sugerido que este experimento puede haber allanado el camino a la crítica de Mach de una concepción física del espacio y el movimiento absolutos.

Psicología

El contraste exagerado entre los bordes de los tonos ligeramente diferentes de gris, aparece tan pronto como tocan

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 los tonos de gris ligeramente diferentes tan pronto como se tocan, activando la detección de bordes en el sistema visual humano.

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

Los puntos de vista de Mach sobre las estructuras mediadoras inspiraron la posición fuertemente inductiva de B. F. Skinner, que fue paralela a la de Mach en el campo de la psicología.

Epónimos

En homenaje se le dio su nombre a:

• 3949 Mach, un asteroide
• Mach, un cráter lunar
• Bandas machistas, una ilusión óptica
• Diamantes machistas, vistos en escapes supersónicos
• Mach Five, el coche utilizado por Speed Racer
• Número de máquina, la unidad de velocidad relativa a la velocidad del sonido