A hombros de gigantes: Isaac Newton

La ciencia que se hace hoy en día, al menos aquella en donde se ve implicada la física y las matemáticas, no podría entenderse sin la figura de Isaac Newton (1642-1727), del genio inglés que, en el siglo XVII, planteó una ley de gravitación universal que tiene aplicaciones decisivas en el movimiento de los planetas. Con Newton se fundó la llamada física clásica que suele ser determinista y ordenada, contrario al caótico mundo que nos presenta la mecánica cuántica cuya naturaleza es indeterminable. 

Newton, del que Stephen Hawking dijo que se encontraba “a hombros de gigantes” o a los hombros de un gigante, nació en Lincolnshire un 25 de diciembre de 1642. Además de físico, se dedicó a la teología, a la invención, a la alquimia y, por supuesto, a las matemáticas. 

De hecho, es él, junto con Gottfried Leibniz (1646-1716), el padre del cálculo integral y diferencial, que tiene aplicaciones no solamente en el ámbito de la física -es la base de las leyes de la gravedad- sino también en la ingeniería.

Uno de sus hallazgos principales fue haber descubierto la descomposición de la luz a través de un prisma. Antes de Newton, Roger Bacon (1214-1294), en el siglo XIII, durante la Edad Media, planteó que la luz se descomponía en colores por la acción del propio prisma; pero fue Newton quien contradijo a Bacon al decir que es la propia luz blanca la que se puede descomponer en colores y no es el prisma como tal de donde proviene tal descomposición.

A este fenómeno de la descomposición de la luz se le conoce también como refracción y, pese a que es uno de los fenómenos físicos mejor estudiados, en su momento fue considerado un misterio y algo así como una obra divina. 


Hoy se sabe que la descomposición de la luz en colores significa que ésta tiene diferentes longitudes de onda que se manifiestan en función de la carga de energía que tenga la onda. Esto quiere decir que una onda con mucha energía tendría a producir colores azulosos o violetas, mientras que una onda menos energética, tendría a dar colores de tonos rojizos. El Sol, al emitir en diferentes longitudes de onda, produce esta preciosa gama de colores que podemos observar a través de cualquier prisma transparente desde la comodidad de nuestro sillón predilecto. 

Por otra parte, una de las premisas más importantes de la ley de la gravedad de Newton es que la gravedad actúa por igual en la Tierra que en cualquier punto del cosmos. Antes de él, no se sabía sobre la naturaleza de la gravedad y se creía, erróneamente, que solamente actuaba sobre la materia de nuestro planeta. Fue tan grande el impacto que tuvo la idea de Newton sobre una ley de la Gravitación Universal, que el físico Joseph Lagrange llegó a decir de él que “fue el más grande genio que ha existido y también el más afortunado, dado que solamente se puede encontrar una vez un sistema que rija los mundos”. 

Newton nos mostró que la gravedad es una fuerza que permea todo el Universo, pero las grandes preguntas seguían sin resolverse: ¿de dónde provenía esta fuerza? ¿cuál era su verdadero origen? ¿en donde estaba su esencia?

En aquellos tiempos se creía que la gravedad era transmitida a través del éter, una especie de plasma que estaba presente en todo el Universo. El éter era inmutable y eterno, puesto allí por la gracia divina. 

Pero la existencia del éter se desvaneció cuando un físico judío de nombre Albert Einstein, propuso la idea de que la gravedad no es transmitida por un éter absoluto, sino que es producto de la curvatura del espacio y el tiempo. Esto quiere decir que la gravedad no es una fuerza aislada como tal, sino que surge a partir del peso de los cuerpos. Un cuerpo determinado, por ejemplo, un planeta o una estrella, curvan el espacio y el tiempo que está a su alrededor y es precisamente lo pronunciado que esté esta curvatura lo que genera la fuerza de gravedad. 

Como sucede con otros muchos genios -tal es el caso de Maxwell, creador de las leyes electromagnéticas- Newton fue básicamente un autodidacta que leía por su cuenta libros de matemáticas y filosofía natural y fue también un estudiante mediocre que a los 18 años ingresó en la Universidad de Cambridge pero que casi nunca asistió a clases, ya que su verdadero interés era sumergirse en la biblioteca. Pese a su comportamiento mediocre en la Universidad, Newton comenzó a codearse con grandes figuras de la ciencia como el teólogo, profesor y matemático británico Isaac Barrow quien fue designado profesor Lucaciano, una de las máximas distinciones en el Reino Unido (Stephen Hawking fue también profesor lucaciano). 

En aquellos años, Newton también comenzó a tener correspondencia con la Royal Society de Londres y a sus integrantes les envió un telescopio construido por el mismo y algunos descubrimientos. De esta institución llegó a ser director y, se sabe, que era un hombre duro, irritable y bastante agresivo con sus contrincantes. Sus principales adversarios eran Hooke, Leibniz y la Iglesia Católica. Sobre Hooke hay que decir que fue un personaje decisivo para la carrera de Newton porque de él tomó las ideas fundamentales para plantear lo que es considerada la obra más importante de la historia de la ciencia: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, que fue dada a conocer el 5 de Julio de 1687. 

Pero no fue sino hasta 1704 cuando escribiera su obra más importante en lo que a óptica se refiere: se llama Opticks y en ella se planteó por prima vez que la luz no es una onda sino que son pequeños corpúsculos que viajan en línea recta. Esta idea le llevó a granjearse la enemistad no solamente de Hooke, sino de otro gran físico de nombre William Huggins, que sostenía que la luz tenía una naturaleza ondulatoria. 

Pero fueron los trabajos de Einstein y Max Planck lo que finalmente demostraron que la luz se puede comportar tanto como onda o como partícula. Es esta dualidad de la luz, esta posibilidad de que se exprese de dos formas totalmente distintas, la que permite que pueda existir la mecánica cuántica, que está basada en el principio de que tanto las partículas de la materia como la luz misma, se pueden comportar tanto como ondas o como partículas. 

Y, sin lugar a duda, una de las cuestiones que ha hecho más famoso a Newton es la Ley de la Gravitación Universal que planeta que a toda acción corresponde una reacción igual o de sentido contrario. Esto quiere decir que si, por ejemplo, aplicamos una fuerza determinada a un objeto que lo empuje hacia adelante, veremos que el objeto se moverá en una dirección concreta pero que despedirá energía proporcional a la fuerza con que fue empujado. Esta energía será exactamente opuesta al movimiento del objeto (que ha sido impulsado hacia adelante). Esta ley ha resultado fundamental para medir el tipo de impulso que requerirá un cohete para ir al espacio. Para hacerlo siempre se requerirá de una cantidad de energía determinada y suficiente que posibilite romper la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce un cuerpo plantario como la Tierra. En el caso de nuestro planeta, la velocidad de escape para cualquier nave espacial es de 11 km/s. Es decir, que el cohete tendrá que ser impulsado a una mayor velocidad de los 11km/s para poder romper la fuerza de atracción que ejerce la Tierra. 

Otra de las cosas que postula dicha Ley es que la fuerza con la que dos cuerpos se atraen es proporcional al producto de sus masas dividido por la distancia entre ellos al cuadrado. Esto quiere decir que un cuerpo con una determinada masa atraerá a otro con otra masa también específica en función de que tan cercanos o alejados estén uno de otro. En otras palabras: entre más alejados estén esos dos cuerpos, más débil será la fuerza de atracción de la gravedad. Pero, no hay que olvidar calcular que el tamaño de la masa (el tamaño del cuerpo) es fundamental para saber qué tan fuerte es la fuerza de gravedad. Esto significa que cuerpos más masivos producirán una fuerza de atracción gravitatoria mayor que aquellos cuerpos que no son tan masivos. Y esto es fácilmente demostrable a través de lo que explicamos en el párrafo anterior sobre la velocidad de escape: en el Sol, por ejemplo, la velocidad de escape es de 617 km/s, mientras que en Saturno es de tan solo 35 km/s y en la Tierra, como ya hemos dicho, es de solamente 11km/s. Esto prueba que la masa de un cuerpo determina la fuerza de gravedad y no solo eso, sino que la interacción del Sol con los planetas del Sistema Solar también está determinada por la Ley de la Gravitación Universal, de allí su importancia. 

Isaac Newton es considerado como uno de los pilares de la ciencia tal y como la entendemos hoy en día. Su capacidad para ver más allá, “fuera de la caja”, le llevo a adquirir tal reputación que fue honrado con muchos cargos. En 1689, por ejemplo, fue elegido miembro del Parlamento, en 1696 se le encargó la custodia de la Casa de la Moneda y en 1705 recibió el título de Sir de manos de la Reina Ana. 

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