El primero en plantearse el problema de la gravitación y del movimiento local seriamente en la antigua Grecia fue Aristóteles (384-322). El filósofo había aceptado la teoría de los cuatro elementos de Empédocles de Agrigento (495-435 a. C.) que mantenía que el mundo material que nos rodeaba, conocido como mundo sublunar, estaba compuesto por los cuatro elementos fundamentales: tierra, agua, aire y fuego. Cada uno de estos elementos tenía una ubicación natural que debían llegar a ocupar para alcanzar el equilibrio y el orden hacia el que tendían estructurado. Estos elementos eran los ladrillos con los que estaba construido el mundo sublunar.
Aristóteles añadió un nuevo elemento, el éter, que era el componente del que estaban hechos los cielos y los astros que giraban en círculos alrededor de la Tierra de forma regular. El éter o quintaesencia era un elemento sutil, incorruptible y eterno, cuyo nombre procede de Éter, dios griego de la luz y del aire, hijo de Erebo y Noche.
Mientras que el éter era elemento del mundo celestial ordenado, la situación del mundo sublunar con los cuatro elementos (tierra, agua, aire y fuego) formaban un revoltijo desordenado que, de forma natural, buscaban su lugar fijo en el cosmos. Aristóteles abordó el estudio del movimiento de los cuerpos formados por esos elementos explicando su dinámica dentro de una teoría global lógicamente coherente y sustentada por realidades observables en la vida diaria.
La teoría global era la del sistema geocéntrico y los principios los de su física. Por lo tanto, el concepto de gravedad en Aristóteles está basado en los principios del conjunto de su Física y en su Cosmología.
En el movimiento natural y en el estudio de la gravitación, el estagirita no veía fuerzas atractivas, sino la tendencia de los propios cuerpos a ocupar el lugar de reposo y estabilidad que les correspondía por su naturaleza, como el que disfrutaba el éter. Por tanto, el elemento tierra tendería hacia abajo, el fuego hacia arriba y demás cuerpos tenderán a ocupar posiciones intermedias, según la composición que cada cuerpo tuviera de los cuatro elementos.
Ir hacia abajo significa dirigirse hacia el centro de la Tierra y hacia arriba alejarse verticalmente del centro de la Tierra. Aristóteles estudió el movimiento natural de los cuerpos sublunares que sólo tendrán rectilíneo arriba y abajo (centrípeto o centrífugo) respecto al centro de la Tierra, que coincidía, según su Cosmología, con el centro del universo. El resto de movimientos no verticales en el mundo sublunar serían elementos violentos impulsados por otro objeto y los dejó fuera de sus reflexiones-
En Acerca del Cielo, Libro IV, cap. III afirma la coincidencia del centro dela Tierra con el centro del Cosmos:
«Si se pusiera la Tierra en el lugar en el que se encuentra la Luna actualmente, cada una de las partes de la Tierra no se dirigiría hacía allí, sino hacia el mismo lugar en que la Tierra se encuentra ahora»
Por otra parte, el libro IV de su Física, Aristóteles comienza diciendo algo importante que es, en cierta forma, una manifestación de lo que entiende por espacio y que él denomina lugar, que no era la materia, sino su recipiente con estas palabras:
“El físico tiene que estudiar el lugar…, saber si es o no es, de qué modo es y qué es [el espacio]. Porque todos (los físicos) admiten que todas las cosas están en un “donde”… , porque el desplazamiento más común y principal, aquel que llamamos desplazamiento es un movimiento respecto al lugar”.
Continúa diciendo que la definición de lugar (espacio) presentaba serias dificultades y no encontró ninguna precisión del concepto en sus predecesores. Aristóteles apostaba por su existencia, porque se podía observar la sustitución de un cuerpo por otro (donde había agua, ahora hay aire y más tarde habrá agua). Además, parece que el lugar no sólo era algo (existía), sino que también tenía un cierto poder sobre los cuerpos, porque cada uno de ellos, si nada lo impedía era llevado hacia su lugar propio, unos hacia abajo y otros hacia arriba. Por todo ello, pensaba que el espacio era algo distinto de los cuerpos y que cada cuerpo sensible ocupaba un lugar en el espacio. Y alude a Hesiodo (hacia 700 a.C.) al que daba la razón cuando decía: Lo primero de todo fue el Caos, luego Gea, de amplio seno.
Para justificar que debe existir un espacio primordial para las cosas, coincidiendo con la opinión común de las personas de que todas las cosas tienen que tener un dónde, un lugar, es decir, su espacio.
Siguió destacando características del espacio, tales como que el lugar no se destruye cuando desaparecen las cosas que hay en él, que tiene tres dimensiones, que no es un elemento ni está formado por elementos corpóreos o incorpóreos y formulándose preguntas como ¿de qué cosas puede ser causa el lugar? Para concluir que el lugar no era ni forma, ni materia.
Resultaba evidente que el lugar propio de la tierra era el centro del universo y que el fuego ascendía verticalmente. Pero ambos movimientos verticales los asociaba con dos cualidades intrínsecas: gravedad o pesantez y levedad, las consideraba tendencias internas de los cuerpos, no eran provocadas por ningún agente externo, y eran características, tan puramente cualitativas, como las que poseían cosas como la salud.
“…porque el fuego asciende y la tierra desciende es lo mismo que investigar por qué , lo sanable, si se mueve y cambia en cuanto sanable, avanza hacia la salud y no hacia la blancura…Por otra parte, lo aumentable, cuando cambia en cuanto aumentable, no va hacia la salud, sino hacia el aumento de la magnitud. Cada uno de estos cambia de modo semejante, uno en lo cual, otro en lo cuanto, y en cuanto al lugar, los cuerpos (leves) van hacia arriba y los graves hacia abajo”
Consideraba que el espacio está lleno de materia (horror al vacío) y estudió el movimiento vertical a partir de la teoría de los cuatro elementos. El ejemplo de levedad absoluta era el fuego, que sea cualquiera su cantidad, se elevaba, si no se le opone ningún obstáculo y el ejemplo de elemento gravedad o absoluta pesantez era la tierra descendía hacia el centro del cosmos. Los cuerpos que poseían las dos cualidades no eran ni absolutamente leves, ni totalmente pesados. Así ocurría con el aire y con el agua: ambos eran más ligeros que la tierra y estos elementos subían a su superficie y ambos eran, además, más pesados que el fuego, ya que cualquier parte de ellos descendería hasta descansar debajo de él. Sin embargo, comparados agua y aire entre sí, uno era absolutamente pesado y el otro absolutamente ligero, ya que el aire, cualquiera sea su cantidad, subía a la superficie del agua, y el agua, sea cualquiera su cantidad, se situaba por debajo del aire.
Además, en los cuerpos formados por varios elementos, un cuerpo que tenga mayor cantidad de aire que de tierra y de agua, puede ser más ligero en el agua que otro cuerpo, siendo más pesado que él en el aire, puesto que no sube a la superficie del aire; sube, en cambio, a la superficie del agua. (Física, Libro IV )
Y continúa en esa linea en (Acerca del cielo. Libro IV).
«Entiendo por ligero absoluto lo que, en virtud de su misma naturaleza, se mueve siempre hacia arriba, y por grave absoluto lo que, en virtud de su naturaleza, se mueve siempre hacia abajo, con la condición de que, en ambos casos, ningún obstáculo se oponga al movimiento…. El fuego carece de peso y la tierra de ligereza, puesto que subyace a todos los demás y lo que subyace se desplaza hacia el centro de cosmos. Ahora bien, existe un centro al que se produce la traslación de los cuerpos que tienen peso y del que se alejan los leves. Como no es posible que nada se desplace (alejándose del centro) hasta el infinito…se desplazara hasta el extremo del espacio, que limita al lugar donde los cuerpos realizan sus movimientos»
Así, los movimientos naturales que observamos en los distintos cuerpos del mundo sublunar se deben a la tendencia de cada elemento que lo compone a ocupar su lugar natural: Hacia el centro los pesados y los leves hacia la periferia para restaurar el orden perdido.
El mundo era un cosmos, es decir, un todo bien ordenado, donde cada cosa poseía un lugar conforme a su naturaleza, hacia donde se dirigía para lograr el reposo; ya que el movimiento tendía a reparar un desequilibrio cósmico. De ello se concluye que la gravedad era una cualidad inherente a ciertos cuerpos, y podía considerarse en sentido absoluto o relativo. En este cosmos, cerrado sobre sí mismo, el centro era, según el lugar, lo contrario de la periferia y todo movimiento se realizaba entre contrarios.
A partir de aquí se deducen algunos de los principios de la dinámica de Aristóteles que son cualitativos. En ningún trató de medir velocidades ni los tiempos de caída de los graves. Ni consideró el movimiento de los cuerpos en el vacío, porque el vacío era para los griegos un sinsentido. Por tanto, no hablaba de caída de los graves en el sentido de Galileo. Aristóteles manejaba el concepto de pesantez y ésta era una magnitud del endiente de los cuerpos que la rodeaban, con los que estaba en contacto, puesto que ningún momento atravesaba el vacío.
En el siglo XV se criticaron ideas de Aristóteles de las que se deduce que el tiempo de caída de los graves era inversamente proporcional a sus pesos o que las distancias recorridas en un mismo tiempo por los graves eran, proporcionales a los pesos.
La caída de un cuerpo en Aristóteles era como la caída de una bola de hierro en un gel untuoso de viscosidad variable. Un cuerpo cae como una esfera en un viscosímetro. Por otro lado, la velocidad de un cuerpo, a medida que se aproxima a su lugar propio, se acelera,
El físico y filósofo de la ciencia P. Duhem (1861-1916) en su obra Le Système du Monde. Histoire des Doctrines cosmologiques de Platon à Copernic, opinaba que:
«Esta dinámica [la de Aristóteles] parece adaptarse tan felizmente a las observaciones corrientes que no podía dejar de imponerse y ser aceptada por los primeros que investigaron las fuerzas y los movimientos»
