Newton y su época

1992/02/01 Bandres Unanue, Luis Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Entre la muerte de Galileo y la publicación de Isaac Newton titulada Principia, sólo hay cuarenta años. Sin embargo, en este corto periodo de tiempo se produjo un gran cambio en el ambiente científico. Por un lado, la nueva filosofía de la ciencia experimental llegó a ser una herramienta respetable en manos de investigadores sólidos, y por otro lado, esta nueva actitud provocó muchos inventos, logros y teorías fructíferas.

Obras de Torricelli, Pascal, Guericke, Boyle y Mariott, sobre todo sobre neumática y vacío; sobre geometría analítica y óptica de Descartes; astronomía y fuerza centrípeta de Huygens (también inventó su reloj de péndulo y escribió sobre la luz); leyes sobre el talco de Huygenows, sobre la elasticidad de John Christwopher, etc. Por todo ello, XVII. El siglo XX fue conocido como siglo de genios.

Las ciencias no estaban aisladas. Aunque no se ha podido decir que todos los científicos se convirtieron en seguidores de la nueva filosofía, año tras año comenzaron a partir de esta línea. En Inglaterra, Francia e Italia se constituyeron sociedades científicas. Una de ellas es, como hemos dicho antes, la Royal Society creada en Londres en 1662. Los socios de estas sociedades tenían reuniones a menudo, se trabajaba, se discutía, se escribía... La lectura de publicaciones científicas se extendió enormemente. La ciencia llegó a ser una actividad bien diferenciada y se desarrolló muchísimo.

A pesar de los cambios sociales, políticos y económicos en la base de este gran desarrollo, tres factores más importantes fueron la existencia de hombres hábiles con gran conocimiento científico, la delimitación y formulación del problema y la adquisición de herramientas experimentales y matemáticas.

Hombres hábiles y con gran curiosidad aparecían en cualquier lugar. Algunos, como Newton, eran de buena educación y trabajaban en prestigiosas universidades. Otros, como Wren o Hook, tenían que sacar tiempo fuera de su profesión habitual para dedicarse a la investigación científica. Por otro lado, había uno u otro (Boyle por ejemplo) que podía hacer lo que quería en casa porque tenía dinero suficiente.

El camino marcado por Galileo para formular correctamente los problemas era conocido. Gracias a su trabajo, las observaciones y experimentos del mundo de las acciones daban su cosecha. La mayoría admitían observaciones e inducción. Galileo tenía claro el fruto que podían dar combinando las hipótesis atrevidas con la deducción matemática. La introspección estéril y la actitud despreciable hacia la imagen de los dogmas, tuvo su repercusión en todos los ámbitos de la ciencia.

Preguntas antiguas de Platón (para expresar movimientos aparentes de los planetas, ¿qué hipótesis de movimiento uniforme y ordenado hay que hacer? lo que decía) no tenía cabida en la nueva ciencia. En cambio, XVII. Las mayores preocupaciones entre los físicos del siglo XX eran otras dos: ¿Qué fuerza afecta a las rutas de los planetas que se ven? y después del fracaso de la teoría de la gravitación de Aristóteles, ¿cómo podemos expresar la gravitación de la Tierra?

Las herramientas, tanto matemáticas como experimentales, alcanzaron la madurez. Se utilizó mucho en el mundo de la física matemática y estas dos áreas aportaron hermosas cosechas en abono mutuo. Los mismos hombres (Descartes, Leibniz o Newton) realizaban sus descubrimientos en dos campos. XVII. Las geometrías analíticas establecidas en el siglo XIX y los cálculos siguen su curso actual. El telescopio, el microscopio o la bomba de vacío abrieron dos nuevos y amplios apartados a la ciencia: la necesidad de medir con precisión los fenómenos observados hizo que se inventaran nuevas herramientas. Así como el establecimiento de un puente fructífero que aún perdura entre científicos y fabricantes de herramientas.

Newton vino al mundo en medio de este ambiente. El día de Navidad de 1643 vio la luz por primera vez en la aldea inglesa de Woolsthorpe. Era un chico tranquilo que le gustaba reparar y fabricar aparatos mecánicos. También tenía un don especial para las matemáticas.

Fue a estudiar al Trinity College de Cambrige, donde demostró que era un estudiante y trabajador rápido. A los veinte años había realizado importantes logros matemáticos: el teorema del binomio y el cálculo diferencial. También trabajó en la óptica la teoría del color y la mecánica. Sobre este período, Newton escribiría más tarde:

Y ese mismo año empecé a pensar en la gravedad que se extendía hasta la órbita de la Luna y... Basándose en la regla de Kepler, concluí que las fuerzas que mantienen los planetas en sus órbitas debían ser inversamente proporcionales al cuadrado de las distancias al centro que giran. Por eso, comparé la fuerza necesaria para mantener la Luna en su órbita con la fuerza de gravedad sobre la Tierra y encontré un resultado bastante exacto para ella. Todo esto lo hice en los años 1665 y 1666 de la epidemia, ya que en aquellos días estaba en la mejor época para la invención y reflexionaba sobre la matemática y la filosofía (la ciencia física) (aunque luego no lo hiciera tan bien).

Parece que en aquellos años dejó la universidad de Newton Cambridge y trabajaba por su cuenta en su casa de Woolsthorpe. En él desarrolló con claridad la idea de las dos primeras leyes del movimiento, así como la fórmula de la aceleración centrípeta, pero sobre esta última Huygens no dijo nada hasta pasados unos años después de la formulación equivalente.

En aquella época parece que el cuento de la caída de la manzana se basó. En la biografía que escribió el amigo de Newton, Stukely, sobre él, dice que en una ocasión con Newton estaban tomando una taza en el jardín bajo unos manzanos de te, esto le dijo: En una situación como ésta, por primera vez se me ocurrió el concepto de gravitación, mientras pensaba sentado cuando cayó una manzana.

Tras volver a Cambridge, Newton consiguió una gran fama y tras jubilarse el profesor de matemáticas que había allí, le dieron su puesto. Publicó sus trabajos en la Royal Society, sobre todo de óptica. Sin embargo, cuando su Teoría de la Luz y los Colores se publicó en 1672, tuvo una polémica dolorosa y violenta con los enemigos y, por otra parte, su personalidad era tan tímida y humilde que no publicara nada más. Bertrand Russell decía: Si Newton hubiera tenido las mismas dificultades que Galileo, seguramente no habríamos conocido ninguna línea escrita por él. Newton se sumergió entonces sobre todo en los trabajos de su mecánica inicial de amasado.

También estudió el movimiento de los planetas como parte de la física. En 1684, su amigo Edmond Halley pidió ayuda a Newton por una discusión con Wren y Hooke. El tema de aquel debate era: La fuerza que debe soportar un cuerpo para moverse en la órbita elíptica según las leyes de Kepler. Newton le dijo que tanto este problema como muchos más llevaban tiempo resuelto con precisión. Entonces Halley le animó a ordenar y publicar todos los trabajos que tenía su amigo. Dos años después y después de un trabajo terrible, su obra Principia estaba en manos del editor. Se publicó en 1687 y esta publicación dio fama a Newton de uno de los científicos más grandes de la historia.

Pocos años después, Newton tuvo una depresión debido a que su salud siempre era mala. Después de curarse y hasta su muerte veinticinco años después, no hizo ningún descubrimiento de gran importancia y se ocupó de su investigación inicial (calor y óptica). Cada día se sumergió más en la teología. En aquellos años tuvo muchos honores: En 1699 fue nombrado Cuidador de la Casa de Moneda (por su habilidad en química de metales). Posteriormente, su máximo responsable, colaboró en la reorganización del tráfico monetario inglés. En 1698 y 1701 fue representante de su universidad en el Parlamento. En 1705 fue nombrado caballero. Desde 1703 hasta su muerte, hasta 1727, fue presidente de la Royal Society. Está enterrado en la abatía de Westminster.

Principia

En la introducción de este libro, quizá el más prestigioso de la historia de la física, aparece su breve esquema:

Desde la antigüedad (como decía Papus), la ciencia llamada mecánica para investigar los fenómenos naturales se ha considerado como una de las más importantes, y a medida que los modernos, rechazando la forma substancial y las cualidades ocultas, han tratado de asociar los fenómenos de la Naturaleza a las leyes matemáticas, pero en este trabajo he utilizado las matemáticas en la medida en que se relacionan con la filosofía (lo que hoy llamaríamos ciencia física).... porque la filosofía tiene que la finalidad de la de investigar los fenómenos de la naturaleza debe ser: A este objetivo se dirigen las propuestas generales de los libros en el primero y segundo. En el tercer libro, doy un ejemplo de ello, expresando el sistema mundial; a través de las propuestas matemáticamente demostradas en los primeros libros, concluyo en el tercero (basadas en los fenómenos de amasamiento) las fuerzas gravitatorias de los cuerpos respecto al Sol y a otros planetas. Por tanto, a través de otras propuestas matemáticas basadas en estas fuerzas dedujo los movimientos de los planetas, cometas, luna y mares.

El trabajo comienza con una definición de masa, cantidad de movimiento, inercia, fuerza y fuerza centrípeta. Luego se ocupa del espacio absoluto y relativo, del tiempo y del movimiento.

Inmediatamente y aún en la introducción de su Principi, Newton establece sus tres famosas leyes sobre el movimiento y las bases de la formación de vectores. En el libro I, titulado Movimiento de los cuerpos, utiliza estas leyes en algunos de los problemas de la astronomía teórica. Otro uso es la aparición del carácter puzolánico de la luz: Newton analiza la influencia de las superficies en la reflexión y refractación sobre pequeñas fracciones.

II. En el libro, titulado Movimiento de cuerpos en intervalos resistivos, parece que el objetivo es: El modelo de violencia de Descartes no es capaz de expresar los movimientos que se observan en los planetas, pero, a su vez, representa una serie de teoremas e ideas sobre las propiedades de los fluidos. III. En su libro, Sistemas del mundo, utiliza los resultados obtenidos en el libro I para expresar los movimientos de los planetas y otros fenómenos de gravedad como las mareas. Este libro comienza con la sección Reglas del razonamiento en la filosofía.

En ella nos da cuatro reglas que han sido absolutamente importantes en el desarrollo de la ciencia. En ellas se puede apreciar la firme fe de Newton en la uniformidad de la Naturaleza y los científicos les ayudan a elaborar hipótesis. Las cuatro reglas son:

1. regla: Para las cosas naturales no debemos admitir ninguna otra causa, ya que todo es real y suficiente (los dos a la vez) para expresar su aspecto.
   De esto los filósofos no hacen nada en vano y una cosa es aún más inútil en la medida en que tiene poco uso. La naturaleza, pues, está orgullosa de la sencillez y la bomba de causas excesivas no le hace nada.
2. regla: Por lo tanto, a los mismos efectos naturales debemos acusar, en la medida de lo posible, de las mismas causas. Por ejemplo, la respiración
   de un hombre y un animal; la caída de piedras en América y Europa; la luz de la llama de nuestra cocina y del Sol; el reflejo de la luz en la Tierra y en los planetas son de la misma causa.
3. regla: Las cualidades de los cuerpos que no permiten aumentar o disminuir su intensidad en las investigaciones de nuestros experimentos, sean cuales sean, si están presentes en todos los cuerpos, deben ser consideradas como una cualidad universal de
   todos los cuerpos. Todas las cualidades de los cuerpos son conocidas por la experiencia ..., a cambio de los sueños no podemos obviar la notoriedad de los experimentos ... ; Siempre está de acuerdo con la naturaleza simple y la misma. Para saber la extensión de los cuerpos no tenemos más remedio que nuestro sentido y no llegamos a todos los cuerpos. Pero, como vemos la extensión de todas las que detectamos, ...
4. regla: Aunque la hipótesis pueda pensarse, debemos considerar que las propuestas que deducimos de inducciones generales basadas en fenómenos (hasta que se produzcan otros fenómenos que no se ajusten a ellas) son concretas o casi ciertas.
   

III. al final del libro hay un apartado llamado General Scholium, muy importante en el método científico. Tras concluir que en él se puede expresar el sistema mundial reconociendo que existe una fuerza gravitatoria universal entre todas las partes de la materia del universo, Newton reconoce que no puede decir dónde radica la causa de esa fuerza, y sin hacer ninguna hipótesis artificial que no se vea clara, afirmó aquella famosa frase testimonial de su honestidad: Hypothese non fingo, es decir Yo no invento hipótesis.

XVIII. En la primera mitad del siglo XX, las consecuencias de Newton Principi se extrapolaron también a otras ciencias y filosofía. Se amplió la visión mecánica del mundo y según él la inteligencia del hombre era capaz de comprender todos los fenómenos mediante una expresión mecánica. Esta opinión fue desarrollada sobre todo por los filósofos y tuvo consecuencias enormes en la economía, la religión y la teoría política. El éxito de Newton influyó decisivamente en las ideas y métodos de la Edad Razón que más tarde llegaría.