Isaac Newton

Isaac Newton (1642-1727) fue un matemático y físico inglés considerado la figura más importante de la Revolución científica por sus tres leyes de movimiento y la ley universal de la gravedad. Las leyes de Newton se convirtieron en una base fundamental de la física, mientras que su descubrimiento de que la luz blanca está formada por un arcoiris de colores revolucionó el campo de la óptica.

Primeros años

Isaac Newton nació el 25 de diciembre de 1642. Su familia, oriunda de Woolsthorpe, Lincolnshire, era campesina, pero estaba claro que Isaac estaba destinado a una carrera lejos de la agricultura. El padre de Isaac murió unos meses antes de que él naciera, y su padrastro, que era ministro, falleció cuando él tenía 14 años. Su madre era Hannah Ayscough, y su segundo marido insistió en que Isaac estuviera separado de su madre durante varios años. Algunos historiadores han interpretado este período de abandono como la causa del carácter irritable de Newton y de su hipersensibilidad a las críticas en etapas posteriores de su vida.

El joven Isaac tenía un prodigioso interés por todo lo relacionado con la mecánica, e hizo varios modelos, pero no le iba especialmente bien en la escuela. Era travieso, y una vez lanzó una cantidad de lámparas encendidas con velas al cielo nocturno, lo que asustó a los habitantes del pueblo, que pensaron que una lluvia de cometas estaba a punto de caer sobre ellos. Un tío de Isaac se empeñó en enviarlo a estudiar Derecho al Trinity College de Cambridge en junio de 1661. Sin embargo, el joven académico no destacó en Derecho, sino en matemáticas.

Isaac complementó su educación ortodoxa tomando clases particulares con el matemático y teólogo Isaac Barrow (1630-1677). Barrow recomendaría más tarde a Newton para su propia cátedra del Trinity College, que pronto quedaría vacante. Newton se graduó en abril de 1665, pero cualquier esperanza de un rápido despegue profesional se esfumó cuando se produjo un brote de la Peste Negra. Isaac se vio obligado a regresar a la casa familiar en Woolthorpe durante un año o más.

El acercamiento de Newton al conocimiento

Isaac no desaprovechó su año de reclusión forzosa, ya que se lanzó a una serie de investigaciones científicas, hasta el punto de que describió el período de 1665 a 1666 como su «año de las maravillas» (Burns, 217). Newton descubrió «la teoría del binomio, el cálculo diferencial e integral y la refracción de la luz, y empezó a elaborar la teoría de la gravitación universal» (ibid). Temas muy interesantes. Newton estaba decidido a utilizar todo tipo de metodologías y pensamientos, desde la alquimia hasta la filosofía mecánica, para descubrir verdades científicas que pudieran expresarse matemáticamente. Con este fin, almacenó sin descanso migajas de conocimiento antiguo y contemporáneo, experimentos e incluso sabiduría popular en unos pocos volúmenes encuadernados en cuero, selectos y muy privados, preservando así sus hallazgos para su posterior uso cuando sus teorías científicas estuvieran más claras. Como el propio Newton declaró una vez en una carta privada: «Si he logrado ver más lejos es porque me he subido a hombros de gigantes» (Wootton, 341).

Newton era también un cristiano protestante (aunque poco ortodoxo en privado) y no veía ningún conflicto en sus esfuerzos por explicar por qué las cosas suceden como suceden en el mundo físico con la historia de la Biblia. De hecho, las imperfecciones del mundo físico que sus teorías demostraban requerían, según Newton, un Creador que las ajustara de vez en cuando. Algunos cristianos veían en ello una negación de la perfección del Creador, mientras que otros lo consideraban un apoyo a la existencia de un Creador. Para Newton, el espacio era «un efecto eminente de Dios», y «parece que llegó a identificar más tarde el espacio con la inmensidad de Dios, de modo que la afirmación bíblica de que 'en Él vivimos, nos movemos y existimos' (Hechos 17:28) fue tomada bastante literalmente» (Henry, 89).

Al igual que muchos pensadores de la época, Newton estaba convencido de que a lo largo de los siglos se habían adquirido y perdido grandes conocimientos, por lo que era esencial investigar cuidadosamente los esfuerzos intelectuales del pasado para recuperar esa sabiduría perdida (lo que se conoce como prisca sapientia). Esta creencia en un conocimiento perdido o secreto (una excentricidad peculiar para un científico) también puede explicar por qué Newton era notoriamente reticente a publicar sus propios descubrimientos. Parecía disfrutar con el secreto, como era tradición entre los grandes alquimistas de la Edad Media. Afortunadamente para el progreso de la humanidad, Newton acabó haciendo públicas sus revolucionarias investigaciones.

El espectro luminoso de Newton

Newton no encontró a la estimada Royal Society muy receptiva a sus nuevas ideas, en particular sobre la óptica, por lo que logró entrar a la institución diseñando un telescopio reflector en 1668. Este tipo de telescopio utilizaba un espejo curvo fabricado con una aleación de estaño y cobre, que mejoraba la claridad de la imagen vista al reducir la aberración cromática, es decir, cuando todos los colores no convergen en un único punto (un problema de las lentes de cristal de la época). El telescopio de Newton tenía un aumento de 40 veces y era diez veces más corto de lo que habría sido un telescopio refractor estándar de la misma potencia. La Royal Society quedó encantada, y Newton fue elegido miembro en 1672; fue entonces cuando presentó sus investigaciones sobre óptica, que, de hecho, habían hecho posible su supertelescopio.

Entre 1666 y 1668, Newton había realizado experimentos ópticos en los que captaba un estrecho haz de luz a través de una abertura, que luego proyectaba sobre una pared en una habitación oscura. La luz se hacía brillar a través de un prisma. Otros habían hecho este tipo de cosas antes, pero Newton colocó su prisma cerca del orificio y lejos de la pared sobre la que se proyectaba un bloque de colores del arcoiris: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Y lo que es aún más importante, en lo que llamó su experimentum crucis, Newton hizo pasar varios rayos de luz blanca dividida a través de un segundo prisma, y esos rayos salieron del segundo prisma con el mismo color con el que habían entrado, es decir, sin poder dividirse más. Newton pudo desarrollar así una nueva teoría de la luz, según la cual la luz blanca está formada por un espectro de colores diferentes, cada uno con un ángulo de refracción distinto, como el arcoiris que se ve en el cielo después de una lluvia. En el arcoiris del cielo, las gotas de agua funcionan como un prisma, es decir, la luz blanca se refracta. Newton también descubrió que en el minúsculo espacio de aire entre una lente y una lámina de vidrio se pueden ver anillos concéntricos de colores, que ahora se llaman anillos de Newton.

La idea de Newton de la luz heterogénea, publicada en Philosophical Transactions en 1672, iba directamente en contra de la teoría estándar de la época, que era inversa a la de Newton. Entre los defensores de la teoría estándar se encontraba Robert Hooke (1635-1703), que rechazó la teoría de Newton y más tarde incluso le acusó de plagio (sin fundamento). Newton, que era «de temperamento un tanto paranoico» (Burns, 73) y «socialmente disfuncional» (Jardine, 36), se retiró rápidamente de la Royal Society y ni siquiera aceptó su presidencia hasta que Hooke hubo partido de esta tierra. En 1704, Newton publicó por fin su trabajo sobre la luz en detalle en su Óptica. La teoría de Newton tardó algún tiempo en ser ampliamente aceptada, pero en la actualidad es una piedra angular de la ciencia óptica.

La ley de la gravedad de Newton

El astrónomo alemán Johannes Kepler había creado el sistema de astronomía planetaria más preciso hasta el momento, con los cuerpos celestes moviéndose en órbitas elípticas alrededor del Sol y no el modelo tradicional de círculos perfectos propuesto por pensadores desde Claudio Ptolomeo (que vivó aproximadamente del año 100 al 170 d.C) hasta Nicolás Copérnico (1473-1543). El descubrimiento de que los planetas aumentaban su velocidad a medida que se acercaban al Sol fue esencial para que Newton pudiera basar su trabajo. La ley de la gravedad de Newton sería la causa de las agudas observaciones de Kepler sobre los movimientos planetarios elípticos. Alentado, tanto con palabras como con dinero, por su buen amigo Edmund Halley (1656-1742), Newton presentó finalmente su teoría de la gravedad en Principios matemáticos de la filosofía natural (Philosophiæ naturalis principia mathematica), también llamado simplemente Principia, publicado en 1687.

Los efectos de la gravedad se conocen desde la Antigüedad. Los antiguos pensadores elaboraron teorías sobre por qué los objetos caían al suelo; la más común era que se debía a que la Tierra era el centro mismo del universo y, por lo tanto, alguna fuerza misteriosa atraía todos los objetos hacia el punto central. Del mismo modo, pensadores como Galileo Galilei se preguntaron qué tipo de fuerza era la responsable de que el Sol atrajera a los planetas en órbita más rápidamente hacia su centro cuanto más se acercaban a él. A menudo se sugirió el magnetismo como respuesta, pero muchos pensadores seguían sin estar convencidos.

Puede que una manzana no cayera realmente de una rama y golpeara a Newton en la cabeza, pero parece que su observación de la caída de la fruta le hizo reflexionar sobre qué fuerza estaba implicada y cómo medirla. Newton también había observado muchas otras «atracciones» y «repulsiones» entre muchos otros objetos y sustancias, por lo que empezó a formular una teoría que pudiera medir esos fenómenos y, por fin, reunir (o al menos reconciliar) dos corrientes antiguas pero a menudo opuestas del pensamiento humano: la mecánica y las matemáticas.

En su Principia, Newton expuso su teoría de la gravitación universal, pero antes presentó un sistema de leyes matemáticas, que se conocieron como «leyes de movimiento de Newton», aquí resumidas por W. E. Burns:

Que existe una fuerza de atracción entre los cuerpos que varía con el cuadrado inverso de la distancia entre ellos, y las tres leyes de movimiento de Newton: 1. un cuerpo en reposo o en movimiento en una trayectoria recta tenderá a permanecer en ese estado, 2. el cambio de movimiento en un cuerpo varía con la fuerza impresa, y 3. cada acción tiene una reacción igual y opuesta.

(218)

Newton presentó entonces su teoría de la gravedad:

Que entre dos cuerpos cualesquiera del universo existe una fuerza directamente proporcional al producto de las masas de los dos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia.

(Burns, 245)

La teoría de la gravedad de Newton era universal porque se aplicaba a todo, desde los planetas que giraban hasta el movimiento de los cometas, pasando por las mareas del mar o aquella manzana apócrifa que caía del árbol. La ley de la gravedad (que Newton solo llamó «ley» en su obra posterior Óptica) se aplicaba por igual a los asuntos terrestres y a los cielos. Newton ya podía predecir con exactitud los efectos de la gravedad. Se trataba de una nueva ciencia. Por supuesto, no todo el mundo adoptó inmediatamente las teorías de Newton. Los filósofos mecánicos y los cartesianos seguidores de René Descartes (1596-1650), por ejemplo, no podían aceptar que un cuerpo físico pudiera afectar a otro sin que algo, un tercer elemento, tocara a ambos. En pocas palabras, la gravedad era bastante misteriosa, ya que nadie, ni siquiera Newton, sabía de dónde venía, por qué existía y quién o qué aseguraba su persistencia. La contemplación de este hecho y la inferencia de que estas fuerzas actúan sin ninguna consideración por la humanidad condujo en cierto modo a un desencanto respecto a un mundo nuevo y despiadado, al menos para aquellos que no creían que un dios de algún tipo estaba detrás de todo.

El reconocimiento: El mayor científico

Los trabajos de Newton sobre la gravedad fueron bien recibidos, sobre todo en Inglaterra, y en 1687 fue nombrado miembro del Trinity College. Dos años más tarde, Newton fue nombrado profesor Lucasiano de matemáticas allí mismo. En torno a Newton surgió un círculo de devotos seguidores internacionales, entre ellos el matemático suizo Nicolas Fatio de Duillier (1664-1753), que se hizo muy amigo suyo. A partir de 1688, Newton empezó a ambicionar forjarse una carrera política. El científico esperaba trasladarse a Londres, pero en 1693 sufrió un colapso nervioso, quizá debido al fin de su relación con Fatio de Duillier, pero sin duda agravado por su insomnio crónico y posiblemente consecuencia de un envenenamiento por mercurio, ingrediente clave de los experimentos de Newton en alquimia. Recuperado en 1696, Newton fue nombrado alcaide de la casa de la moneda real en la Torre de Londres, lo que conllevaba prestigio y un suculento sueldo. Newton, que adoptó un enfoque práctico que no se le había exigido para un cargo honorífico, impresionó tanto a sus empleadores que fue nombrado maestro de la casa de la moneda en 1699. Desempeñó el cargo con notable dedicación durante los 28 años siguientes, para disgusto de los innumerables falsificadores a los que identificó (que terminaban siendo ahorcados).

Fue también en 1699 cuando Newton fue nombrado miembro de la Real Academia de Ciencias francesa, siendo el primer extranjero en conseguirlo. En 1703 fue elegido presidente de la Royal Society, y utilizó su cargo para orientar los esfuerzos de la sociedad mucho más hacia la experimentación práctica (en contraposición a la mera lectura de los trabajos académicos de otros) a lo largo de su mandato, que finalizó en 1727. Menos admirable fue su continua disputa con el matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz, que supuso un importante freno para las matemáticas en Gran Bretaña. Newton acusó a Leibniz de plagiar su trabajo sobre el cálculo (una herramienta matemática para calcular curvas y sus áreas). En realidad, ambos habían desarrollado el cálculo de forma independiente y, aunque la mayoría de los historiadores consideran que Newton llegó primero, la versión de Leibniz era superior. Newton fue nombrado caballero por Ana, Reina de Gran Bretaña (que reinó de 1702 a 1714) en 1705, probablemente más por su servicio en la casa de la moneda real que por su enorme contribución a la ciencia, pero, no obstante, fue un momento memorable para todos los científicos del pasado y del presente, ya que fue el primero en recibir tal honor.

Muerte y legado

Newton fue famoso en vida por sus descubrimientos, como hemos visto por sus diversos nombramientos en prestigiosas instituciones nacionales y extranjeras. Curiosamente, para un hombre tan asociado a la ciencia, Newton dedicó sus últimos años al estudio de las profecías bíblicas, un área que consideraba tan válida como la experimentación científica. Sir Isaac Newton murió de insuficiencia renal el 20 de marzo de 1727; tenía 84 años. Nunca se casó y no tuvo descendencia. Recibió un funeral de Estado y fue enterrado en la abadía de Westminster. Alexander Pope escribió el memorable epitafio:

La Naturaleza y sus leyes permanecían ocultas en la noche; Dios dijo: “Hágase Newton” y todo fue luz.
(Wootton, 361)

Newton, en una de esas declaraciones que hacía con frecuencia en las que uno se pregunta si está siendo realmente modesto, comentó su carrera y sus descubrimientos en los siguientes términos:

No sé lo que pueda parecerle al mundo, pero en lo que a mí se refiere, me parece que solo he sido como un niño que juega en la orilla del mar y se entretiene encontrando de vez en cuando un guijarro más liso o una concha más bonita de lo normal, mientras que el gran océano de la verdad yace ante mí sin descubrir. (Gleick, 4)

Después de Newton se producirían muchos más avances en la ciencia, pero nada tan revolucionario como su obra hasta el desarrollo en el siglo XX de la relatividad y la física cuántica.

Se desarrolló un movimiento definido, conocido como newtonianismo, que impulsó la idea de que el conocimiento científico debía presentarse como una serie de leyes matemáticas que pudieran predecir tendencias de movimiento en relación con hipotéticas fuerzas de aceleración. Además, como las investigaciones de Newton eran tan complejas e inaccesibles para la mayoría, surgió un gran número de escritores que simplificaban la obra de Newton para que pudiera ser comprendida por las personas razonablemente cultas. El newtonianismo se extendió gradualmente por Europa hasta convertirse en el enfoque dominante en las universidades y entre los intelectuales. El enfoque de Newton sobre el conocimiento, difundido a nuevas mentes por pensadores como Voltaire (1694-1778) en Elementos de la filosofía de Newton (1738), fue una parte importante del movimiento de la Ilustración, en el que la mejora de la condición humana se convirtió en el objetivo último de la filosofía y la ciencia, a pesar de que Newton había separado esas dos disciplinas para siempre. Ni siquiera el gran genio moderno Albert Einstein (1879-1955), con su nueva teoría de la relatividad, pudo derrocar el newtonianismo, sino solo ampliarlo a nuevos y audaces horizontes. Como Einstein dijo una vez de Newton «Está ante nosotros fuerte, seguro y solo» (Gleick, 9).