08 - Newton

El protagonista de nuestro curso será el concepto de fuerza, la causa del movimiento. Este concepto es tan importante, que para poder formularlo en forma precisa se requirió no solamente que observásemos las cosas que cotidianamente tenemos en las manos, sino que eleváramos la mirada hacia las estrellas. Ése fue el amanecer de la Ciencia. Cada cultura reflejó sus anhelos, temores y dioses en las estrellas. Sin embargo, el gran problema que preocupaba a todas las culturas era ¿por qué las estrellas no caen sobre nosotros? ¿qué las sujeta en su lugar?. En el mundo occidental, se pensaba que las estrellas y planetas estaban adheridas a esferas de cristal.

La tribu de los !Kung del desierto del Kalahari (el “!” significa un chasquido de lengua) pensaba que la Vía Láctea era el espinazo de una enorme bestia cósmica dentro de la cual vivíamos. Este “espinazo” sujetaría la piel de la noche, a la que estaban adheridas las estrellas.

Para avanzar, hubo que crear un nuevo método para conocer el Universo, un método que incluso hoy, a muchos les parece revolucionario o incluso subversivo. El método requiere que cada vez que supongamos algo, debemos comparar las consecuencias de nuestras ideas con evidencia experimental. Si la evidencia contradice nuestras hipótesis, debemos tener el coraje para abandonarlas, sin importar cuánto nos gusten, cuánto las queramos o cuánto nos haya costado llegar a ellas. La Naturaleza debe ser el juez último de nuestras ideas.

Y después de todo eso, debemos tener la perseverancia para empezar de nuevo, crear nuevas ideas y empezar otra vez.

Este método es llamado Ciencia. Una de las primeras personas que tuvo el coraje para preferir la evidencia frente a sus ilusiones más queridas fue Johannes Kepler. Usando el método científico descubrió que los cielos no eran perfectos, que los planetas no estaban atados a esferas de cristal y que muy a su pesar, seguían “imperfectas” órbitas elípticas en torno al Sol.

Hasta ese entonces, se había pensado que los cielos eran perfectos, prístinos y cristalinos, en contraposición con la tierra, pesada, oscura y pecaminosa. Eso cambió definitivamente con Isaac Newton, el cual planteó otra idea, unificadora y revolucionaria: No hay diferencia entre la tierra y el cielo. Las leyes que gobiernan el vuelo de un grano de polvo en una habitación son las mismas que las que rigen los movimientos de los planetas y las estrellas.

Mientras el joven Newton pensaba en el viejo problema de qué sujetaba a la Luna y los planetas en sus órbitas elípticas, vio caer una manzana, atraída hacia el centro de la Tierra. Si las leyes de la Física rigen igualmente en todo el Universo, todas las masas, no sólo las manzanas, deberían atraerse entre sí. Eso significaría que la Luna debería caer hacia la Tierra, lo cual parece contrario a la experiencia. La respuesta a esta paradoja se encuentra en la siguiente figura, hecha por Newton mismo:

La Luna sí cae hacia la Tierra, pero ¡¡sin nunca tocar el suelo!!.

En efecto, la fuerza que atrae dos masas es una fuerza tremendamente débil, la cual viene dada por una única expresión matemática, la Ley de Gravitación Universal, sin importar qué sean las masas: manzanas, planetas, lunas, soles, piedras, personas, etc. Las leyes de la naturaleza son las mismas en todo el Universo, sin excepciones.

Estas leyes son las hipótesis en las que se fundamenta toda la mecánica. Las principales de entre ellas fueron escritas por Newton en un libro que cambió el rumbo de la historia: los Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, que se muestran en la figura. Estas hipótesis fueron llamadas un poco erróneamente “leyes”; debemos recordar que son hipótesis, no leyes como las que hacen senadores y diputados.

Si bien estas hipótesis no están escritas en piedra (si pensamos en cosas pequeñas como átomos, o grandes como Galaxias, ya no siguen siendo válidas) son sumamente útiles para la física a tamaño humano. Para enviar hombres a la luna, o construir una casa, todo lo que necesita son las leyes de Newton.

Neil de Grasse Tyson hablando sobre Newton:

Comandante Chris Hadfield tocando Space Oddity desde la Estación Espacial Internacional:

El papá de Feynman sobre la inercia: