ISAAC NEWTON VIDA Y
OBRA
Isaac Newton ejerció una
influencia trascendental en el desarrollo del pensamiento científico de
Occidente. Se le considera el padre de la física clásica, y no en vano sus dos
principales obras, Principios matemáticos de la filosofía natural (1687) y Óptica
(1704), El científico inglés realizó trabajos que revolucionaron el
conocimiento y fundaron la ciencia clásica. Sus principios de la luz, del
movimiento y de la atracción de las masas sólo serían cuestionados a comienzos
del siglo XX, particularmente por Einstein.
Newton comparte con
Gottfried Leibniz el crédito por el desarrollo del cálculo integral y
diferencial, que utilizó para formular sus leyes de la física. También
contribuyó en otras áreas de la matemática, desarrollando el teorema del
binomio y las fórmulas de Newton-Cotes.
Newton fue el primero en
demostrar que las leyes naturales que gobiernan el movimiento en la Tierra y
las que gobiernan el movimiento de los cuerpos celestes son las mismas. Es, a
menudo, calificado como el científico más grande de todos los tiempos, y su
obra como la culminación de la revolución científica. El matemático y físico
matemático Joseph Louis Lagrange (1736-1813), dijo que Newton fue el más grande
genio que ha existido y también el más afortunado, dado que sólo se puede
encontrar una vez un sistema que rija el mundo.
Aportaciones de Isaac newton a la
ciencia
1. desarrollo del cálculo matemático
En sus primeros años
Newton se dedicó a las matemáticas. Desarrolló un método general para trazar la
tangente en un punto dado de una curva cualquiera y también para calcular el
área bajo la curva. Llamó a su descubrimiento “método de las fluxiones” y de él
derivan todo el cálculo diferencial e integral. Sin embargo, Gottfried Leibniz,
matemático coetáneo a Newton, lo hizo simultáneamente con una notación más
sencilla, por lo que fue la que se impuso y la que se utiliza en la actualidad.
Newton pronto abandonó sus
trabajos estrictamente matemáticos y se interesó más por el estudio de la
Naturaleza, que era su gran pasión. Sin embargo a lo largo de toda su carrera
utilizó las matemáticas de manera impecable como herramienta para explicar y
formular todas sus leyes y teorías.
2.
primera ley del movimiento
Newton planteó que el
movimiento de todos los cuerpos se atiene a tres leyes principales que pueden
ser formuladas en términos matemáticos. La primera de estas leyes es conocida
como la primera ley del movimiento o la ley de inercia, que en palabras del
propio Newton puede enunciarse así:
“Todo cuerpo permanece en
su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme, salvo que actúen
fuerzas sobre él que le obliguen a cambiar de estado”.
Si lo pensamos bien esta
ley es muy poco intuitiva: las cosas que se mueven es muy raro que lo hagan en
línea recta y además no se mueven indefinidamente, siempre se paran en algún
momento. Y es que esta idea rompe con la física aristotélica que era la que
prevalecía hasta entonces, según la cual un cuerpo sólo podía estar en
movimiento si se ejerce sobre él una fuerza. Pero, tal y como enunció Newton,
lo que ocurre es precisamente lo contrario, los cuerpos no se mueven en línea
recta ni lo hacen indefinidamente precisamente porque actúan fuerzas sobre
ellos. Así que Newton con su primera ley nos abre el camino a descubrir unas
fuerzas que no pueden verse, pero que actúan sobre los objetos, como son la
fuerza de rozamiento, la gravedad, la fuerza eléctrica y la magnética.
3. segunda ley del
movimiento
Con su segunda ley, Newton
nos proporciona la clave para calcular esas fuerzas a las que estamos sometidos
todos los cuerpos. Nos dice que
“la fuerza neta sobre un
objeto es igual a la tasa de variación temporal del producto de su masa y
velocidad”.
Esta ley nos permite explicar por qué un camión
consume más gasolina que un coche, por qué los lanzadores de peso tienen unos
brazos tan enormes, por qué cuesta más llegar al autobús por la mañana si
llevas a tu hija de tres años en brazos o por qué es tan difícil jugar a palas
en la playa con una pelota de tenis mojada.
4.
tercera ley del movimiento
En la mayor parte de los
casos en los que un objeto está en reposo no es porque no actúe una fuerza
sobre él, sino porque la fuerza neta es nula. Este hecho es la clave para
entender la tercera ley de Newton:
“A cada acción le
corresponde una reacción igual y en sentido opuesto”
Es decir, que las fuerzas
que dos objetos ejercen el uno sobre el otro son siempre iguales pero de
sentido opuesto. Algunas consecuencias de esta ley son muy evidentes. Ayer
mismo mis hijos pequeños jugando en la bañera con la ducha abierta a tope, se
pelearon por ella y la soltaron. La manguera de la ducha empezó a serpentear y
a dar latigazos empapando todo el baño y a mí cuando entré a ver qué pasaba. A
la vez que la manguera de la ducha empuja al agua para que salga, el agua
empuja también a la manguera provocando que tuviera que estar un buen rato
limpiando aquel desastre.
5. ley de la gravitación
universal
Hoy en día sabemos que no
es cierta esa imagen que aparece siempre de Newton en un paraje idílico
descansando bajo un árbol cuando una manzana le cae en la cabeza y acto seguido
enuncia su famosa ley de la gravitación universal. Sin embargo, sí que parece
que fue precisamente el hecho de observar que las manzanas y el resto de los
cuerpos caigan siempre perpendicularmente al suelo, lo que le llevó a afirmar
que la fuerza de atracción entre dos objetos es directamente proporcional al
producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
que los separa. Y sí, Newton fue el primero en ser consciente de que la fuerza
que hace que los objetos caigan es la misma que rige el movimiento de la Tierra
alrededor del Sol, de la Luna alrededor de la Tierra y el de todos los cuerpos
del Universo.
6.
teoría de las mareas
Las tres leyes de Newton
junto con la ley de la gravitación universal tuvieron un gran impacto porque
cambiaron por completo la forma de concebir la física y la astronomía. Estas
leyes permitieron determinar la masa de los planetas de forma muy sencilla sin
más que conocer su periodo orbital y su distancia media al sol.
Isaac Newton realizó
también varios estudios del comportamiento de las mareas y calculó la altura de
éstas según la fecha del mes, la estación del año y la latitud. La explicación
que dio Newton es la que se acepta actualmente.
7. naturaleza de la luz
Explicar la composición de
la luz ha sido uno de los grandes enigmas de la ciencia a lo largo de la
historia. En la antigua Grecia se creía que la luz estaba formada de pequeñas
partículas que eran las que constituían los rayos luminosos. Newton apoya esta
idea y postula que la luz está constituida por corpúsculos lanzados a gran
velocidad por los cuerpos emisores de luz y que no son ondas, como defendían
sus contemporáneos. Desarrolla un estudio detallado y preciso de los fenómenos
de reflexión, refracción y dispersión de la luz.
Durante muchos años sus
teorías acerca de la naturaleza corpuscular de la luz fueron desacreditadas a
favor de la teoría ondulatoria. Sin embargo, con el desarrollo de la mecánica
cuántica en el siglo XX se llega a la conclusión de que la luz tiene una
naturaleza dual, es decir, algunos fenómenos se explican considerándola como
onda y otros como partícula.
8. teoría del color
Aunque durante miles de
años muchos pensadores y científicos habían intentado dar una explicación a los
orígenes del arco iris, Isaac Newton fue el primero en dar con ella.
Descubrió que la luz
procedente del sol (la luz blanca) se puede descomponer en colores. Lo probó
haciéndola pasar por un prisma de cristal y mostrando cómo se separa en los
distintos colores. A continuación, colocó otro prisma tras ese haz multicolor
recién formado que convirtió la luz de colores de nuevo en luz blanca. Demostró
de una manera muy sencilla que los colores no los creaba el prisma, que era lo
que se creía entonces.
Newton también se dio
cuenta de que, al igual que los prismas, muchos materiales también eran capaces
de refractar la luz, entre ellos el agua. Y afirmó que la refracción y
reflexión de la luz blanca en las gotitas de lluvia son las responsables de la
formación del arco iris.
Gracias a Newton sabemos
que para que veamos un arcoíris ha de haber una correcta disposición entre el
sol, las nubes y nosotros, que tenemos que estar en el lugar apropiado mirando
desde el ángulo correcto.
9.
primer telescopio reflector
En la época de Newton los
telescopios que usaban los astrónomos eran telescopios refractores, es decir,
utilizaban diferentes juegos de prismas y lentes para obtener una imagen
amplificada de los objetos lejanos. A Newton no le convencían estos telescopios
debido a sus aberraciones cromáticas, por lo que fabricó uno que utilizaba
espejos parabólicos a fin de evitar este problema.
Aunque un científico
escocés, James Gregory, ya había considerado la idea de utilizar espejos en vez
de lentes, fue Newton el primero que lo construyó con éxito. La mayoría de los
telescopios que se utilizan en la actualidad son reflectores, muy similares al
primer telescopio obra de Newton hace ya más de tres siglos.
10.
forma de la tierra
Su desarrollo del cálculo
diferencial le ofreció a Newton la posibilidad de estudiar superficies curvas y
movimientos curvilíneos. De los muchos cálculos que realizó me gustaría
destacar uno que echa por Tierra las tesis de Galileo y Copérnico, científicos
que defendían que la superficie de la Tierra era una esfera perfecta. Newton
calculó la distancia al centro de la Tierra desde varios puntos del Ecuador y
también desde Londres y París. Si la Tierra fuera esférica todos los valores
deberían coincidir, lo que no ocurría, lo que le llevó a concluir a Newton que
la Tierra está achatada por los polos.
11. velocidad del sonido
Newton defendía que la
propagación del sonido a través de cualquier fluido depende sólo de las
propiedades físicas del fluido, como son la densidad y la elasticidad, y no de
la intensidad ni de la frecuencia del sonido.
Publicó una fórmula
aproximada para calcular la velocidad del sonido en el aire (igual a la raíz cuadrada
de la presión entre la densidad), que nos da un valor de 280 m/s, un 16% más
bajo que el valor experimental. En la actualidad se utiliza una fórmula similar
a la de Newton pero que introduce factores correctores que dependen del tipo de
fluido.
12. ley de convección
térmica
Newton también estudió la
transferencia de calor al ambiente y demostró que el enfriamiento de los
cuerpos sigue una ley muy sencilla. Afirmó que la velocidad con la que lo hacen
es proporcional a la diferencia entre su temperatura y la temperatura ambiente.
Esta ley se conoce hoy en día como “la ley de enfriamiento de Newton”.
Aunque esto es una
aproximación al modelo actual, en todos los trabajos y estudios que hay sobre
la convección del calor, Newton es un referente, por ser el primero en estudiar
de forma cuantitativa este fenómeno y además porque cuando la diferencia de
temperaturas no es muy grande su modelo funciona muy bien.
Estas doce aportaciones de
Newton a la Ciencia y muchas otras fueron cuidadosamente anotadas y explicadas
en sus cuatro grandes obras publicadas: “Method of fluxions” (1671),
“Philosophiae naturalis principia mathematica” (1687), “Opticks” (1704) y
“Arithmetica universalis” (1707). Desde su muerte, hace ya casi tres siglos,
sus descubrimientos y teorías han servido de base para una gran cantidad de
avances científicos y hoy en día nos siguen dando frutos para la ciencia y
tecnología. Y como dice Asimov, la máxima importancia de Newton no es de
carácter científico, sino psicológico, ya que sus leyes y descubrimientos se
convirtieron en modelos de lo que debía ser una teoría científica. Los
pensadores de todas las demás ciencias y también de la filosofía y política,
han intentado emular su elegante sencillez. Gracias a él la ciencia adquirió
una confianza en sí misma que jamás ha vuelto a decaer.
Como muchos de los grandes
genios, Newton era excéntrico, solitario, soberbio y muy contradictorio, pero
también consciente de sus limitaciones. Me gustan estas palabras que pronunció
al final de su vida que reflejan a la perfección el sentir de todos aquellos
que ansiamos conocer:
“No sé cómo me verá el mundo, pero en mi opinión, me he comportado como un niño que juega a la orilla del mar y que se divierte buscando de vez en cuando una piedra más pulida y una concha más bonita de lo normal, mientras que el gran océano de la verdad se exhibía ante mí completamente desconocido”
