El siglo XVII fue un momento propicio para las ciencias, con descubrimientos innovadores en astronomía, física, mecánica, óptica y ciencias naturales. En el centro de todo esto estaba Sir Isaac Newton, el hombre que es ampliamente reconocido como uno de los científicos más influyentes de todos los tiempos y como una figura clave en la Revolución Científica.
Un físico y matemático inglés, Newton hizo varias contribuciones seminales al campo de la óptica y comparte crédito con Gottfried Leibniz por el desarrollo del cálculo. Pero fue la publicación de Newton de Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ("Principios matemáticos de la filosofía natural"), por el cual es el más famoso. Publicado en 1687, este tratado sentó las bases de la mecánica clásica, una tradición que dominaría la visión de los científicos del universo físico durante los próximos tres siglos.
Vida temprana:
Isaac Newton nació el 4 de enero de 1643, o el 25 de diciembre de 1642 según el calendario juliano (que estaba en uso en Inglaterra en ese momento), en Woolsthorpe-by-Colsterworth, una aldea en el condado de Lincolnshire. Su padre, por quien fue nombrado, era un granjero próspero que había muerto tres meses antes de su nacimiento. Habiendo nacido prematuramente, Newton era pequeño cuando era niño.
Su madre, Hannah Ayscough, se volvió a casar cuando tenía tres años con un reverendo, dejando a Newton al cuidado de su abuela materna. Su madre tendría tres hijos más con su nuevo esposo, que se convirtieron en los únicos hermanos de Newton. Debido a esto, Newton aparentemente tuvo una relación difícil con su padrastro y su madre por algún tiempo.
Cuando Newton tenía 17 años, su madre volvió a enviudar. A pesar de sus esperanzas de que Newton se convirtiera en agricultor, al igual que su padre, Newton odiaba la agricultura y buscaba convertirse en académico. Sus intereses en ingeniería, matemáticas y astronomía fueron evidentes desde una edad temprana, y Newton comenzó sus estudios con una aptitud para aprender e inventar que duraría el resto de su vida.
Educación:
Entre las edades de 12 y 21 años, Newton se educó en The King’s School, Grantham, donde aprendió latín. Mientras estuvo allí, se convirtió en el estudiante mejor clasificado y recibió el reconocimiento por su construcción de relojes de sol y modelos de molinos de viento. En 1661, fue admitido en el Trinity College, Cambridge, donde pagó su salario realizando los deberes de un valet (lo que se conocía como subsizar).
Durante sus primeros tres años en Cambridge, a Newton se le enseñó el plan de estudios estándar, que se basaba en la teoría aristotélica. Pero Newton estaba fascinado con la ciencia más avanzada y pasaba todo su tiempo libre leyendo las obras de filósofos y astrónomos modernos, como René Descartes, Galileo Galilei, Thomas Street y Johannes Kepler.
El resultado fue una actuación menos que estelar, pero su doble enfoque también lo llevaría a hacer algunas de sus más profundas contribuciones científicas. En 1664, Newton recibió una beca, que le garantizó cuatro años más hasta que obtuviera su maestría en artes.
En 1665, poco después de que Newton obtuvo su B.A., la universidad cerró temporalmente debido al estallido de la Gran Peste. Usando este tiempo para estudiar en casa, Newton desarrolló una serie de ideas que tenía que eventualmente consolidarían para convertirse en sus teorías sobre cálculo, óptica y la ley de la gravitación (ver más abajo).
En 1667, regresó a Cambridge y fue elegido miembro de Trinity, aunque su actuación aún se consideraba menos que espectacular. Sin embargo, con el tiempo, su fortuna mejoró y ganó reconocimiento por sus habilidades. En 1669, recibió su maestría (antes de cumplir 27 años), y publicó un tratado que expone sus teorías matemáticas para tratar con series infinitas.
En 1669, sucedió a su antiguo maestro y mentor Isaac Barrow, un teólogo y matemático que descubrió el teorema fundamental del cálculo, y se convirtió en la Cátedra Lucasiana de Matemáticas en Cambridge. En 1672, fue elegido miembro de la Royal Society, de la que seguiría siendo parte hasta el final de su vida.
Logros científicos:
Mientras estudiaba en Cambridge, Newton mantuvo un segundo conjunto de notas que tituló "Quaestiones Quaedam Philosophicae” (“Ciertas preguntas filosóficas"). Estas notas, que eran la suma total de las observaciones de Newton sobre la filosofía mecánica, lo llevarían a descubrir el teorema binomial generalizado en 1665, y le permitieron desarrollar una teoría matemática que conduciría a su desarrollo del cálculo moderno.
Sin embargo, las primeras contribuciones de Newton fueron en forma de óptica, que entregó durante las conferencias anuales mientras ocupaba el cargo de Presidente de Matemáticas de Lucasian. En 1666, observó que la luz entra en un prisma cuando un rayo circular sale en forma de oblongo, lo que demuestra que un prisma refracta diferentes colores de luz en diferentes ángulos. Esto lo llevó a concluir que el color es una propiedad intrínseca a la luz, un punto que había sido debatido en años anteriores.
En 1668, diseñó y construyó un telescopio reflector, que lo ayudó a demostrar su teoría. De 1670 a 1672, Newton continuó dando conferencias sobre óptica e investigó la refracción de la luz, demostrando que el espectro multicolor producido por un prisma podía recomponerse en luz blanca mediante una lente y un segundo prisma.
También demostró que la luz de color no cambia sus propiedades, independientemente de si se refleja, se dispersa o se transmite. Por lo tanto, observó que el color es el resultado de objetos que interactúan con luz ya coloreada, en lugar de objetos que generan el color por sí mismos. Esto se conoce como la teoría del color de Newton.
La Royal Society solicitó una demostración de su telescopio reflector en 1671, y el interés de la organización alentó a Newton a publicar sus teorías sobre la luz, la óptica y el color. Esto lo hizo en 1672 en un pequeño tratado titulado Of colores, que luego se publicaría en un volumen mayor que contiene sus teorías sobre la naturaleza "corpuscular" de la luz.
En esencia, Newton argumentó que la luz estaba compuesta de partículas (o corpúsculos), que según él fueron refractados acelerando a un medio más denso. En 1675, publicó esta teoría en un tratado titulado "Hipótesis de la luz ", en el que también postuló que la materia ordinaria estaba compuesta de corpúsculos más grandes y sobre la existencia de un éter que transmitía fuerzas entre partículas.
Después de discutir sus ideas con Henry More, un teósofo inglés y miembro de los platónicos de Cambridge, el interés de Newton por la alquimia revivió. Luego reemplazó su teoría de un éter existente entre partículas en la naturaleza con fuerzas ocultas, basado en ideas herméticas de atracción y repulsión entre partículas. Esto reflejaba el continuo interés de Newton tanto en lo alquímico como en lo científico, para lo cual no había una distinción clara en ese momento.
En 1704, Newton publicó todas sus teorías sobre luz, óptica y colores en un solo volumen titulado Opticks: o un tratado de los reflejos, las refracciones, las inflexiones y los colores de la luz. En él, especuló que la luz y la materia podrían convertirse entre sí a través de una especie de transmutación alquímica, y rastreó las teorías de las ondas sonoras para explicar patrones repetidos de reflexión y transmisión.
Mientras que los físicos posteriores favorecieron una explicación puramente ondulada de la luz para explicar los patrones de interferencia y el fenómeno general de difracción, sus hallazgos se debieron en gran medida a las teorías de Newton. Lo mismo ocurre con la mecánica cuántica, los fotones y la idea de la dualidad onda-partícula de hoy en día, que solo tienen un pequeño parecido con la comprensión de Newton de la luz.
Aunque tanto a él como a Leibniz se les atribuye haber desarrollado cálculos de forma independiente, ambos hombres se vieron envueltos en una controversia sobre quién lo descubrió primero. Aunque el trabajo de Newton en el desarrollo del cálculo moderno comenzó en la década de 1660, era reacio a publicarlo, temiendo controversia y críticas. Como tal, Newton no publicó nada hasta 1693 y no dio una cuenta completa de su trabajo hasta 1704, mientras que Leibniz comenzó a publicar una cuenta completa de sus métodos en 1684.
Sin embargo, los trabajos anteriores de Newton en mecánica y astronomía implicaron un amplio uso del cálculo en forma geométrica. Esto incluye métodos que involucran "uno o más órdenes de lo infinitesimalmente pequeño" en su trabajo de 1684, De motu corporum en giro (“En el movimiento de cuerpos en órbita "), y en el Libro I de la Principia, al que se refirió como "el método de la primera y la última relación".
Gravedad universal:
En 1678, Newton sufrió un colapso nervioso completo, muy probablemente debido al exceso de trabajo y una enemistad continua con su compañero miembro de la Royal Society Robert Hooke (ver más abajo). La muerte de su madre un año después lo hizo estar cada vez más aislado, y durante seis años se retiró de la correspondencia con otros científicos, excepto donde lo iniciaron.
Durante este paréntesis, Newton renovó su interés por la mecánica y la astronomía. Irónicamente, fue gracias a un breve intercambio de cartas en 1679 y 1680 con Robert Hooke lo que lo llevó a lograr sus mayores logros científicos. Su nuevo despertar también se debió a la aparición de un cometa en el invierno de 1680-1681, sobre el cual se correspondió con John Flamsteed, el Astrónomo Real de Inglaterra.
A partir de entonces, Newton comenzó a considerar la gravitación y su efecto en las órbitas de los planetas, específicamente con referencia a las leyes del movimiento planetario de Kepler. Después de sus intercambios con Hooke, descubrió que la forma elíptica de las órbitas planetarias sería el resultado de una fuerza centrípeta inversamente proporcional al cuadrado del vector de radio.
Newton comunicó sus resultados a Edmond Halley (descubridor del "Cometa de Haley") y a la Royal Society en su De motu corporum en el giro. Este tratado, publicado en 1684, contenía la semilla que Newton expandiría para formar su obra magna, la Principia. Este tratado, que se publicó en julio de 1687, contenía las tres leyes del movimiento de Newton. Estas leyes establecieron que:
- Cuando se ve en un marco de referencia inercial, un objeto permanece en reposo o continúa moviéndose a una velocidad constante, a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
- La suma vectorial de las fuerzas externas (F) en un objeto es igual a la masa (metro) de ese objeto multiplicado por el vector de aceleración (a) del objeto. En forma matemática, esto se expresa como: F =metrouna
- Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce simultáneamente una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primer cuerpo.
Juntas, estas leyes describieron la relación entre cualquier objeto, las fuerzas que actúan sobre él y el movimiento resultante, sentando las bases para la mecánica clásica. Las leyes también le permitieron a Newton calcular la masa de cada planeta, calcular el aplanamiento de la Tierra en los polos y la protuberancia en el ecuador, y cómo la atracción gravitacional del Sol y la Luna crea las mareas de la Tierra.
En el mismo trabajo, Newton presentó un método de análisis geométrico similar al cálculo usando 'primera y última relación', calculó la velocidad del sonido en el aire (basado en la Ley de Boyle), explicando la precesión de los equinoccios (que mostró que eran resultado de la atracción gravitacional de la Luna hacia la Tierra), inició el estudio gravitacional de las irregularidades en el movimiento de la luna, proporcionó una teoría para la determinación de las órbitas de los cometas, y mucho más.
Este volumen tendría un profundo efecto en las ciencias, con sus principios siendo canon durante los siguientes 200 años. También informó el concepto de gravitación universal, que se convirtió en el pilar de la astronomía moderna, y no se revisaría hasta el siglo XX, con el descubrimiento de la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general de Einstein.
Newton y el "incidente de Apple":
La historia de Newton con su teoría de la gravitación universal como resultado de una manzana que cae sobre su cabeza se ha convertido en un elemento básico de la cultura popular. Y aunque a menudo se ha argumentado que la historia es apócrifa y Newton no ideó su teoría en ningún momento, Newton mismo contó la historia muchas veces y afirmó que el incidente lo había inspirado.
Además, los escritos de William Stukeley, un clérigo inglés, anticuario y miembro de la Royal Society, han confirmado la historia. Pero en lugar de la representación cómica de la manzana golpeando a Netwon en la cabeza, Stukeley describió en su Memorias de la vida de Sir Isaac Newton (1752) una conversación en la que Newton describió reflexionar sobre la naturaleza de la gravedad mientras veía caer una manzana.
“… Fuimos al jardín y bebimos thea bajo la sombra de algunos appletrees; solo él y yo mismo. En medio de otro discurso, me dijo, estaba en la misma situación, como cuando antes, la noción de gravitación le vino a la mente. "¿Por qué esa manzana siempre debe descender perpendicularmente al suelo", pensó para sí mismo; ocasionado por la caída de una manzana ... "
John Conduitt, el asistente de Newton en Royal Mint (que finalmente se casó con su sobrina), también describió haber escuchado la historia en su propio relato de la vida de Newton. Según Conduitt, el incidente tuvo lugar en 1666 cuando Newton viajaba para encontrarse con su madre en Lincolnshire. Mientras deambulaba por el jardín, contempló cómo la influencia de la gravedad se extendía mucho más allá de la Tierra, responsable de la caída de la manzana y de la órbita de la Luna.
Del mismo modo, Voltaire escribió n su Ensayo sobre poesía épica (1727) que Newton había pensado por primera vez en el sistema de gravitación mientras caminaba en su jardín y veía caer una manzana de un árbol. Esto es consistente con las notas de Newton de la década de 1660, que muestran que estaba lidiando con la idea de cómo la gravedad terrestre se extiende, en una proporción cuadrada inversa, a la Luna.
Sin embargo, le tomaría dos décadas más desarrollar completamente sus teorías hasta el punto de poder ofrecer pruebas matemáticas, como se demuestra en el Principia. Una vez que se completó, dedujo que la misma fuerza que hace que un objeto caiga al suelo fue responsable de otros movimientos orbitales. Por lo tanto, lo llamó "gravitación universal".
Se afirma que varios árboles son "el" manzano que Newton describe. La escuela del rey, Grantham, afirma que su escuela compró el árbol original, lo desarraigó y lo transportó al jardín del director unos años más tarde. Sin embargo, el National Trust, que mantiene la Woolsthorpe Manor (donde Newton creció) en fideicomiso, afirma que el árbol aún reside en su jardín. Se puede ver un descendiente del árbol original creciendo fuera de la puerta principal del Trinity College, Cambridge, debajo de la habitación en la que vivía Newton cuando estudiaba allí.
Pelea con Robert Hooke:
Con el PrincipiaNewton se hizo internacionalmente reconocido y adquirió un círculo de admiradores. También condujo a una pelea con Robert Hooke, con quien tuvo una relación problemática en el pasado. Con la publicación de sus teorías sobre el color y la luz en 1671/72, Hooke criticó a Newton de una manera bastante condescendiente, alegando que la luz estaba compuesta de ondas y no de colores.
Mientras que otros filósofos criticaron la idea de Newton, fue Hooke (un miembro de la Royal Society que había realizado un extenso trabajo en óptica) lo que afectó profundamente a Newton. Esto llevó a la amarga relación entre los dos hombres, y a Newton casi renunciando a la Royal Society. Sin embargo, la intervención de sus colegas lo convenció de quedarse y el asunto finalmente se calmó.
Sin embargo, con la publicación de la PrincipiaUna vez más, las cosas llegaron a un punto crítico, con Hooke acusando a Newton de plagio. La razón de la acusación tenía que ver con el hecho de que a principios de 1684, Hooke había hecho comentarios a Edmond Halley y Christopher Wren (también miembros de la Royal Society) sobre elipses y las leyes del movimiento planetario. Sin embargo, en ese momento no ofreció una prueba matemática.
Sin embargo, Hooke afirmó que había descubierto la teoría de los cuadrados inversos y que Newton había robado su trabajo. Otros miembros de la Royal Society creían que el cargo era infundado y exigieron que Hooke publicara las pruebas matemáticas para justificar esta afirmación. Mientras tanto, Newton eliminó toda referencia a Hooke en sus notas y amenazó con retirar el Principia de publicación posterior por completo.
Edmund Halley, que era amigo de Newton y Hooke, trató de hacer las paces entre los dos. Con el tiempo, pudo convencer a Newton de insertar un reconocimiento conjunto del trabajo de Hooke en su discusión sobre la ley de los cuadrados inversos. Sin embargo, esto no aplacó a Hooke, quien mantuvo su cargo de plagio.
A medida que pasaba el tiempo, la fama de Newton continuó creciendo mientras que Hooke continuó disminuyendo. Esto hizo que Hooke se volviera cada vez más amargado y más protector de lo que veía como su trabajo, y no dejó escapar la oportunidad de arremeter contra su rival. La disputa finalmente terminó en 1703, cuando Hooke murió y Newton lo sucedió como presidente de la Royal Society.
Otros logros:
Además de su trabajo en astronomía, óptica, mecánica, física y alquimia, Newton también tenía un gran interés en la religión y la Biblia. Durante la década de 1690, escribió varios tratados religiosos que abordaban interpretaciones literales y simbólicas de la Biblia. Por ejemplo, su tratado sobre la Santísima Trinidad, enviado al famoso filósofo político y teórico social John Locke e inédito hasta 1785, cuestionó la veracidad de 1 Juan 5: 7, la descripción en la que se basa la Santísima Trinidad.
Obras religiosas posteriores, como La cronología de los antiguos reinos modificada (1728) y Observaciones sobre las profecías de Daniel y el Apocalipsis de San Juan (1733) - también permaneció inédito hasta después de su muerte. En Reinos, se ocupó de la cronología de varios reinos antiguos: la primera edad de los griegos, antiguos egipcios, babilonios, medianos y persas, y ofreció una descripción del Templo de Salomón.
En Profecías, se dirigió al Apocalipsis, como se predijo en el Libro de Daniel y Revelacionesy defendió su creencia de que tendría lugar en 2060 CE (aunque otras fechas posibles incluyeron 2034 CE). En su crítica textual titulada Un relato histórico de dos corrupciones notables de las Escrituras (1754), colocó la crucifixión de Jesucristo el 3 de abril de 33 d. C., lo que concuerda con una fecha tradicionalmente aceptada.
En 1696, se mudó a Londres para ocupar el cargo de director de la Royal Mint, donde se hizo cargo de la gran recuperación de Inglaterra. Newton permanecería en este puesto durante 30 años, y quizás fue el Maestro de la Menta más conocido. Tan serio fue su compromiso con el papel que se retiró de Cambridge en 1701 para supervisar la reforma de la moneda de Inglaterra y el castigo de los falsificadores.
Como Warden, y luego Master, de la Royal Mint, Newton estimó que el 20 por ciento de las monedas tomadas durante la Gran Recuperación de 1696 eran falsificadas. Realizando muchas investigaciones personalmente, Newton viajó a tabernas y bares disfrazados para reunir pruebas, y realizó más de 100 interrogatorios de testigos, informantes y sospechosos, lo que condujo al enjuiciamiento exitoso de 28 falsificadores.
Newton fue miembro del Parlamento de Inglaterra para la Universidad de Cambridge en 1689–90 y 1701–2. Además de ser presidente de la Royal Society en 1703, fue asociado de la Academia Francesa de Ciencias. En abril de 1705, la reina Ana nombró caballero a Newton durante una visita real al Trinity College de Cambridge, convirtiéndose en el segundo científico en ser nombrado caballero (después de Sir Francis Bacon).
Muerte y legado:
Hacia el final de su vida, Newton se instaló en Cranbury Park cerca de Winchester con su sobrina y su esposo, donde se quedaría hasta su muerte. En este momento, Newton se había convertido en uno de los hombres más famosos de Europa y sus descubrimientos científicos eran indiscutibles. También se había hecho rico, invirtiendo sabiamente sus considerables ingresos y otorgando importantes regalos a la caridad.
Al mismo tiempo, la salud física y mental de Newton comenzó a declinar. Cuando llegó a los 80 años de edad, comenzó a experimentar problemas digestivos y tuvo que cambiar drásticamente su dieta y estilo de vida. Su familia y amigos también comenzaron a preocuparse por su estabilidad mental, ya que su comportamiento se volvió cada vez más errático.
Luego, en 1727, Newton experimentó un dolor intenso en el abdomen y perdió el conocimiento. Murió mientras dormía al día siguiente, el 2 de marzo de 1727 (calendario juliano; o el 31 de marzo de 1727, calendario gregoriano) a la edad de 84 años. Fue enterrado en una tumba en la abadía de Westminster. Y como soltero, había cedido gran parte de su patrimonio a familiares y organizaciones benéficas durante sus últimos años.
Después de su muerte, se examinó el cabello de Newton y se encontró que contenía mercurio, probablemente como resultado de sus actividades alquímicas. La intoxicación por mercurio ha sido citada como una razón de la excentricidad de Newton en la vida adulta, así como del colapso nervioso que experimentó en 1693. La fama de Isaac Newton creció aún más después de su muerte, ya que muchos de sus contemporáneos lo proclamaron como el genio más grande que jamás haya existido. vivió.
Estas afirmaciones no carecían de mérito, ya que sus leyes de movimiento y teoría de la gravitación universal no tenían paralelo en su tiempo. Además de poder llevar las órbitas de los planetas, la Luna e incluso los cometas en un sistema coherente y predecible, también inventó el cálculo moderno, revolucionó nuestra comprensión de la luz y la óptica y estableció principios científicos que seguirían en uso para Los siguientes 200 años.
Con el tiempo, gran parte de lo que Newton propuso se demostraría erróneo, en gran parte gracias a Albert Einstein. Con su Teoría general de la relatividad, Einstein demostraría que el tiempo, la distancia y el movimiento no eran absolutos, sino dependientes del observador. Al hacerlo, revocó uno de los preceptos fundamentales de la gravitación universal. Sin embargo, Einstein fue uno de los más grandes admiradores de Newton y reconoció una gran deuda con su predecesor.
Además de llamar a Newton un "espíritu brillante" (en un elogio pronunciado en 1927 en el 200 aniversario de la muerte de Newton), Einstein también comentó que "para él, la Naturaleza era un libro abierto, cuyas cartas podía leer sin esfuerzo". En su pared de estudio, se dice que Albert Einstein mantuvo una foto de Newton, junto con fotos de Michael Faraday y James Clerk Maxwell.
También se realizó una encuesta de la Royal Society de Gran Bretaña en 2005, donde se preguntó a los miembros quién tuvo el mayor efecto en la historia de la ciencia: Newton o Einstein. La mayoría de los miembros de la Royal Society coincidieron en que, en general, Newton tuvo un mayor impacto en las ciencias. Otras encuestas realizadas en las últimas décadas han producido resultados similares, con Einstein y Newton compitiendo por el primer y segundo lugar.
No es fácil vivir durante uno de los momentos más auspiciosos de la historia. Además, no es fácil en medio de todo eso ser bendecido con una visión que lo llevará a uno a proponer ideas que revolucionarán las ciencias y alterarán para siempre el curso de la historia. Pero a lo largo de todo esto, Newton mantuvo una actitud humilde y resumió mejor sus logros con las famosas palabras: “Si he visto más, es poniéndome sobre los hombros de gigantes.“
Hemos escrito muchos artículos sobre Isaac Newton para la revista Space. Aquí hay un artículo sobre lo que Isaac Newton descubrió, y aquí hay un artículo sobre los inventos de Isaac Newton.
Astronomy Cast también tiene un episodio maravilloso, titulado Episodio 275: Isaac Newton
Para obtener más información, consulte este artículo de la Sociedad Galileo sobre Isaac Newton y el grupo sin fines de lucro conocido como The Newton Project.
También hemos grabado un episodio completo de Astronomy Cast sobre Gravity. Escucha aquí, Episodio 102: Gravedad.
