La Física en todas partes
La física
Esto es lo más
importante que se debe tener en mente cando se trata con la física, a todos los
niveles: profesionalmente, académicamente, o como aficionado. El objetivo de la
Física es explicar la realidad. Una posible explicación de la realidad, o de
una parte de ella, es lo que usualmente llamamos teoría. Esto no es tan obvio
como pueda parecer, no es trivial detallar en que debe consistir una
explicación; y mucho menos definir que es realidad y que no lo es.
En primer lugar, la
realidad es todo aquello que es medible. En este caso, con medible no queremos
decir tan solo que exista un procedimiento fiable que permita cuantificar
numéricamente alguna magnitud, sino que dotamos a la palabra de un sentido más
amplio para incluir todas aquellas mediciones de carácter cualitativo. Ejemplos
de mediciones cualitativas son: el color (percibido por nuestro cerebro), el
hecho de que una determinada reacción nuclear se produzca o no, dará un
proyectil al blanco o no, etc. En este sentido, no solamente el universo físico
con el que estamos más familiarizados es medible (y por lo tanto real), sino
que entidades más abstractas también lo son. Un ejemplo de esto son los índices
bursátiles, que se pueden medir numéricamente (contando acciones) o bien de forma
cualitativa (al alza o a la baja); por tanto, existe una parte de la Física
encargada de estudiar la bolsa: la física financiera.
De forma objetiva, lo
único que podemos obtener de la realidad es su medición. Llegados a este punto
tiene sentido preguntarse si la medición es lo único que existe, o bien si la
realidad existe en esencia a parte de la medición realizada. Esta duda queda
justificada en el ejemplo bursátil anterior, donde se estudian entes abstractos
como acciones y dinero. No obstante, esta cuestión en el contexto del estudio
de la Naturaleza y el Universo toma un turbio aire filosófico, y por lo tanto
de toma de posición personal. Al definirse como la explicación de la realidad,
y por lo tanto de lo medible, la Física queda voluntariamente fuera de esta
polémica.
Otro punto a tener en
cuenta es la posible existencia de entes no medibles que, según nuestra
definición, no serían reales. No obstante, este tipo de objetos no podría
influenciar de ninguna forma al universo medible, ya que de lo contrario, tal
influencia seria en si una medición. No tiene sentido, pues, preguntarse por
esta clase de entidades.Se debe diferenciar aquellos fenómenos cuya influencia
es tan pequeña que
no poseemos ningún
método para realizar una medición positiva. Éstos últimos son, intrínsecamente,
medibles; lo que falla es, tan sólo, nuestra capacidad técnica.
En segundo lugar, la
explicación de un fenómeno se puede efectúa a diversos niveles (si bien para
ser completa los deberá contener todos): descripción, predicción y comprensión.
Una descripción responde a la pregunta "¿qué es lo que ocurre?", es
decir, contiene información constitutiva sobre el sistema físico en estudio,
las magnitudes medibles del mismo, y sobre la naturaleza de las interacciones
entre diferentes partes del sistema. Ejemplos de explicaciones descriptivas son
los modelos atómicos de Dalton y Rutheford.
Una explicación
predictiva contiene los elementos y procedimientos necesarios que permiten
conocer cuales serán los resultados de la medición de las diferentes magnitudes
físicas (en este caso, no tenemos en cuenta si la medición experimental se
realiza antes o después de tener la explicación, es decir, no diferenciamos
teorías predictivas y postdictivas). Si las magnitudes físicas que estudiamos permiten
tan sólo mediciones cualitativas, la predicción también será cualitativa; un
ejemplo de esto es el conocido principio de repulsión de cargas eléctricas
opuestas de signo, y atracción de cargas con el mismo signo. El nivel de
predicción es el que permite la aplicación práctica de la ciencia y, por lo
tanto, el que da lugar a la tecnología. Algunas teorías tienen magnitudes que
son experimentalmente medibles pero que no son predecibles (ya sea por que la
realidad es tal que no se puede predecir esa magnitud, ya sea por defectos de
la teoría); un ejemplo es la medida de la posición de un electrón en un átomo,
que no puede ser predicha (en este caso, no puede ser predicha ya que la
naturaleza de la realidad así lo impide); lo único que se puede predecir es la
distribución de probabilidad.
El tercer y último
nivel, el de comprensión, representa la aspiración más profunda y genuina de la
Física. En este caso, debemos de ser capaces de explicar el por qué se obtiene
determinada medición de una magnitud física. En la mayoría de las ocasiones, la
comprensión de un fenómeno descansa sobre teorías descriptivas o predictivas de
las subpartes del sistema; un ejemplo de esto es la reflexión y refracción de
la luz en las superficies, que descana sobre la teoría cuántica (predictiva)
del comportamiento de los fotones (que en sí, son una explicación descriptiva
sobre la luz).
Para que una
explicación de la calidad sea buena, debe cumplir los siguientes requisitos:
Coherencia. Una de
las bases de la Física asegura que la realidad es tal que dos experimentos
realizados en condiciones idénticas deberían dar resultados idénticos (y si no
lo dieran, es que existe alguna diferencia no detectada y que debe ser incluida
en la teoría). De no ser así, no sería posible la búsqueda de explicaciones de
la realidad del tipo que hemos descrito hasta ahora y, por lo tanto, no tendría
sentido la Física tal y como la conocemos. Si bien no existe ninguna razón
irrefutable para certificar la veracidad de este principio, el éxito de la Física
hasta ahora hace confiar en ello. Por lo tanto, la explicaciones que se
propongan deben ser internamente coherentes, es decir, ningún razonamiento
lógico correctamente efectuado en base a la teoría debe conducir a
contradicciones lógicas.
Robustez. Una teoría
será más robusta cuantos más fenómenos logre explicar correctamente. Es poco
útil elaborar teorías particulares para cada fenómeno que se de en la
naturaleza, se prefiere encontrar teorías capaces de explicar una gran cantidad
de fenómenos al mismo tiempo, por lo que se entra en un proceso de unificación
progresiva de teorías. En este sentido, el fin último de la Física es hallar
una única explicación de toda la realidad en su conjunto (irónicamente, la
comunidad de físicos lleva prácticamente dos siglos creyéndose cerca de esta
teoría del todo).
Correspondencia. Éste
es el ingrediente más importante para que una explicación sea válida y
aceptada. Toda explicación debe corresponderse con la realidad objetiva. El
único medio que tiene la Física para verificar esta correspondencia es la
realización de experimentos a partir de los cuales se obtienen mediciones de la
realidad, que serán comparadas con las predicciones de la teoría (o bien, se
realizarán observaciones de la realidad si la teoría es únicamente
descriptiva). La experimentación es el único juez de la Física: si una teoría
falla en el experimento, es inmediatamente rechazada (si bien, puede utilizarse
para obtener nuevas teorías modificadas).
En ocasiones, los
principios de correspondencia y robustez "colisionan". Esto ocurre si
una teoría que explica correctamente (es decir, con correspondencia con la
realidad) un fenómeno parece que puede ser extendida para explicar otro
fenómeno (es decir, puede hacerse más robusta), pero resulta la experimentación
de este segundo fenómeno falla (se rompe la correspondencia). En este caso, la
teoría debería ser completamente reemplazada por otra (probablemente, una
versión modificada de la primera) que explicara correctamente ambos fenómenos
(por tanto, más correspondiente y robusta).
Sin embargo, con
frecuencia ocurre que la segunda teoría es mucho más complicada que la primera,
con lo cual no sale cuenta utilizarla en aquellas situaciones que ya estaban
bien explicadas por la teoría original: se utilizará la teoría modificada tan
sólo cuando sea necesario porque la otra teoría no es correspondiente.
De esta forma, no se
entra en un proceso de substitución de teorías por otras cada vez más robustas
(y correspondientes), sino que se realiza una ampliación progresiva: las
teorías antiguas son restringidas a su rango de aplicabilidad, es decir, a
aquellas situaciones donde son suficientes para explicar la realidad sin
necesidad de recurrir a teorías modernas más complicadas. Habitualmente, la
teoría a elegir para el estudio de cierta situación depende principalmente de
la precisión con la que se va a realizar el experimento, es decir, la exactitud
con la que se puede determinar experimentalmente el valor de la magnitud
deseada.
La física cuántica
representó la mayor revolución en la historia de la física. Hasta principios
del siglo XX no había existido ninguna teoría física no determinista
ampliamente aceptada. Hoy en día, la cuántica sigue dando lugar a innumerables
debates sobre su significado, incluso entre expertos en la materia.
En esta sección
incluimos artículos relacionados con los fundamentos de la cuántica, el
formalismo matemático, así como aplicaciones más modernas como computación e
información cuántica. Los temas relacionados con la teoría cuántica de campos,
física atómica y nuclear, por favor visitar la sección de Física de partículas.
La teoría de la
relatividad especial fue presentada por Albert Einstein en su trabajo Sobre la
electrodinámica de los cuerpos en movimiento, en 1905. El formalismo básico de
la teoría ya había sido descubierto un año antes por Poincaré y por Lorentz,
aunque Einstein desconocía estos trabajos (y trabajos aún anteriores en los que
se utilizaban las transformaciones de Lorentz, incluso antes de que las
postulase físico holandés).
El éxito de Einstein
consistió en eliminar un gran número de hipótesis hechas por Lorentz hasta
reducir la teoría de la relatividad a dos postulados muy simples que parten de
la experimentación. Posteriormente, en 1916, Einstein publicó la teoría de la relatividad
general, que globaliza todos los hechos físicos y de la que la teoría que se
explica aquí es sólo un caso especial (y de ahí el nombre).
A finales del siglo
XIX la teoría electromagnética había demostrado su vericidad de un modo
aplastante. Por otro lado la mecánica de Newton había hecho predicciones
válidas siempre que se puso a prueba. Sin embargo, ambas teorías eran
incompatibles entre sí: mientras las ecuaciones de Newton eran invariantes de
Galileo las ecuaciones de Maxwell resultaron no serlo. Además en ellas aparecía
una velocidad constante (
) que
era independiente del observador o de la velocidad de la fuente.
) que
era independiente del observador o de la velocidad de la fuente.
El hecho de que las
ecuaciones de Maxwell no fuesen invariantes de Galileo se podía deber a tres
motivos, principalmente:
1.
Las ecuaciones de Maxwell no son
válidas
2.
Existe un sistema de referencia
preferido (éter) respecto al cual se puede medir absolutamente cualquier
movimiento
3.
Las transformaciones de Galileo no son
las adecuadas
La primera de estas
opciones se descartó casi de inmediato, las ecuaciones de Maxwell estaban harto
comprobadas.
La segunda opción
(que venía implicada por la tercera) no era muy creíble, ya que el éter debería
presentar unas características totalmente contradictorias entre si.
Fue el experimento de
Michelson-Morley, en 1887, el que proporcionó pruebas experimentales de la
constancia de la velocidad de la luz, que se convirtió en uno de los postulados
de la teoría de la relatividad. Esto implicaba que las transformaciones de
Galileo no eran correctas.
A finales del siglo
XIX la teoría electromagnética había demostrado su vericidad de un modo
aplastante. Por otro lado la mecánica de Newton había hecho predicciones
válidas siempre que se puso a prueba. Sin embargo, ambas teorías eran
incompatibles entre sí: mientras las ecuaciones de Newton eran invariantes de
Galileo las ecuaciones de Maxwell resultaron no serlo. Además en ellas aparecía
una velocidad constante ( ) que
era independiente del observador o de la velocidad de la fuente.
) que
era independiente del observador o de la velocidad de la fuente.
El hecho de que las
ecuaciones de Maxwell no fuesen invariantes de Galileo se podía deber a tres
motivos, principalmente:
1.
Las ecuaciones de Maxwell no son
válidas
2.
Existe un sistema de referencia
preferido (éter) respecto al cual se puede medir absolutamente cualquier
movimiento
3.
Las transformaciones de Galileo no son
las adecuadas
La primera de estas
opciones se descartó casi de inmediato, las ecuaciones de Maxwell estaban harto
comprobadas.
La segunda opción
(que venía implicada por la tercera) no era muy creíble, ya que el éter debería
presentar unas características totalmente contradictorias entre si.
Fue el experimento de
Michelson-Morley, en 1887, el que proporcionó pruebas experimentales de la
constancia de la velocidad de la luz, que se convirtió en uno de los postulados
de la teoría de la relatividad. Esto implicaba que las transformaciones de
Galileo no eran correctas.
Dos son los
postulados a partir de los cuales se desarrolla la teoría de la relatividad, la
teoría que nos describe con exactitud los fenómenos que ocurren a altas
velocidades:
1.
Las leyes que rigen los fenómenos
físicos son idénticas en todos los sistemas de referencia inerciales.
2.
La velocidad de la luz en el vacío
(que se denota como ) es una
constante universal, independiente de todo movimiento relativo entre la fuente
y el observador.
) es una
constante universal, independiente de todo movimiento relativo entre la fuente
y el observador.
Hay que hacer notar
que el primero de estos dos postulados implica que sólo se pueden medir
movimientos relativos de los sistemas inerciales, la idea de movimiento
respecto a algo que esté quieto no tiene sentido. El segundo postulado nos dice
que la velodicad de la luz en el vacío es una constante, pero no que es la
velocidad máxima a la que se puede transmitir la información, este es un
resultado que se deduce más adelante.
Tenemos, pues, estos
dos sencillos postulados, veamos lo que implican, durante estos apuntes se
notará como el
sistema que se considera en reposo y como el
sistema en movimiento constante respecto a ,
de igual modo, todas las variables primadas estarán asociadas al sistema mientras
que las variables sin primar están asociadas al sistema .
Una de las partes que
conforman la teoría de la relatividad es la
fórmula e=mc2 que dice que la energía es igual a la masa multiplicada por la
velocidad de la luz al cuadrado.
Biografías de físicos
Albert
Einstein
En el siglo XVII, la
sencillez y elegancia con que Isaac Newton había logrado explicar las leyes que
rigen el movimiento de los cuerpos y el de los astros, unificando la física
terrestre y la celeste, deslumbró hasta tal punto a sus contemporáneos que
llegó a considerarse completada la mecánica. A finales del siglo XIX, sin
embargo, era ya insoslayable la relevancia de algunos fenómenos que la física
clásica no podía explicar. Correspondió a Albert Einstein superar tales
carencias con la creación de un nuevo paradigma: la teoría de la relatividad,
punto de partida de la física moderna.
En tanto que modelo
explicativo completamente alejado del sentido común, la relatividad se cuenta
entre aquellos avances que, en los albores del siglo XX, conducirían al
divorcio entre la gente corriente y una ciencia cada vez más especializada e
ininteligible. No obstante, ya en vida del físico o póstumamente, incluso los
más sorprendentes e incomprensibles aspectos de la relatividad acabarían siendo
confirmados. No debe extrañar, pues, que Albert Einstein sea uno de los
personajes más célebres y admirados de la historia de la ciencia: saber que son
ciertas tantas ideas apenas concebibles (por ejemplo, que la masa de un cuerpo
aumenta con la velocidad) no deja más opción que rendirse a su genialidad.
Albert Einstein nació
en la ciudad bávara de Ulm el 14 de marzo de 1879. Fue el hijo primogénito de
Hermann Einstein y de Pauline Koch, judíos ambos, cuyas familias procedían de
Suabia. Al siguiente año se trasladaron a Munich, en donde el padre se
estableció, junto con su hermano Jakob, como comerciante en las novedades
electrotécnicas de la época.
El pequeño Albert fue
un niño quieto y ensimismado, y tuvo un desarrollo intelectual lento. El propio
Einstein atribuyó a esa lentitud el hecho de haber sido la única persona que
elaborase una teoría como la de la relatividad: «un adulto normal no se
inquieta por los problemas que plantean el espacio y el tiempo, pues considera
que todo lo que hay que saber al respecto lo conoce ya desde su primera
infancia. Yo, por el contrario, he tenido un desarrollo tan lento que no he
empezado a plantearme preguntas sobre el espacio y el tiempo hasta que he sido
mayor».
En 1894, las
dificultades económicas hicieron que la familia (aumentada desde 1881 con el
nacimiento de una hija, Maya) se trasladara a Milán; Einstein permaneció en
Munich para terminar sus estudios secundarios, reuniéndose con sus padres al
año siguiente. En el otoño de 1896 inició sus estudios superiores en la Eidgenossische
Technische Hochschule de Zúrich, en donde fue alumno del matemático Hermann
Minkowski, quien posteriormente generalizó el formalismo cuatridimensional
introducido por las teorías de su antiguo alumno.
El 23 de junio de
1902, Albert Einstein empezó a prestar sus servicios en la Oficina Confederal
de la Propiedad Intelectual de Berna, donde trabajó hasta 1909. En 1903
contrajo matrimonio con Mileva Maric, antigua compañera de estudios en Zúrich,
con quien tuvo dos hijos: Hans Albert y Eduard, nacidos respectivamente en 1904
y en 1910. En 1919 se divorciaron, y Einstein se casó de nuevo con su prima
Elsa.
La
relatividad
Durante 1905, publicó
cinco trabajos en los Annalen der Physik: el primero de ellos le valió el grado
de doctor por la Universidad de Zúrich, y los cuatro restantes acabarían por
imponer un cambio radical en la imagen que la ciencia ofrece del universo. De
estos cuatro, el primero proporcionaba una explicación teórica, en términos
estadísticos, del movimiento browniano, y el segundo daba una interpretación
del efecto fotoeléctrico basada en la hipótesis de que la luz está integrada
por cuantos individuales, más tarde denominados fotones. Los dos trabajos
restantes sentaban las bases de la teoría restringida de la relatividad, estableciendo
la equivalencia entre la energía E de una cierta cantidad de materia y su masa
m en términos de la famosa ecuación E = mc², donde c es la velocidad de la luz,
que se supone constante.
El esfuerzo de
Einstein lo situó inmediatamente entre los más eminentes de los físicos
europeos, pero el reconocimiento público del verdadero alcance de sus teorías
tardó en llegar; el Premio Nobel de Física, que recibió en 1921, le fue
concedido exclusivamente «por sus trabajos sobre el movimiento browniano y su
interpretación del efecto fotoeléctrico». En 1909 inició su carrera de docente
universitario en Zúrich, pasando luego a Praga y regresando de nuevo a Zúrich
en 1912 para ser profesor del Politécnico, en donde había realizado sus
estudios.
En 1914 pasó a Berlín
como miembro de la Academia de Ciencias prusiana. El estallido de la Primera
Guerra Mundial le forzó a separarse de su familia (por entonces de vacaciones
en Suiza), que ya no volvió a reunirse con él. Contra el sentir generalizado de
la comunidad académica berlinesa, Einstein se manifestó por entonces
abiertamente antibelicista, influido en sus actitudes por las doctrinas
pacifistas de Romain Rolland.
En el plano
científico, su actividad se centró, entre 1914 y 1916, en el perfeccionamiento
de la teoría general de la relatividad, basada en el postulado de que la
gravedad no es una fuerza sino un campo creado por la presencia de una masa en
el continuum espacio-tiempo. La confirmación de sus previsiones llegó en 1919,
al fotografiarse el eclipse solar del 29 de mayo; The Times lo presentó como el
nuevo Newton y su fama internacional creció, forzándole a multiplicar sus
conferencias de divulgación por todo el mundo y popularizando su imagen de
viajero de la tercera clase de ferrocarril, con un estuche de violín bajo el
brazo.
Durante la siguiente
década, Einstein concentró sus esfuerzos en hallar una relación matemática
entre el electromagnetismo y la atracción gravitatoria, empeñado en avanzar
hacia el que, para él, debía ser el objetivo último de la física: descubrir las
leyes comunes que, supuestamente, habían de regir el comportamiento de todos
los objetos del universo, desde las partículas subatómicas hasta los cuerpos
estelares, y agruparlas en una única teoría "de campo unificado". Tal
investigación, que ocupó el resto de su vida, resultó infructuosa y acabó por
acarrearle el extrañamiento respecto del resto de la comunidad científica. A
partir de 1933, con el acceso de Hitler al poder, su soledad se vio agravada
por la necesidad de renunciar a la ciudadanía alemana y trasladarse a Estados
Unidos; Einstein pasó los últimos veinticinco años de su vida en el Instituto
de Estudios Superiores de Princeton (Nueva Jersey), ciudad en la que murió el
18 de abril de 1955.
Einstein dijo una vez
que la política poseía un valor pasajero, mientras que una ecuación valía para
toda la eternidad. En los últimos años de su vida, la amargura por no hallar la
fórmula que revelase el secreto de la unidad del mundo hubo de acentuarse por
la necesidad que sintió de intervenir dramáticamente en la esfera de lo
político. En 1939, a instancias de los físicos Leo Szilard y Paul Wigner, y
convencido de la posibilidad de que los alemanes estuvieran en condiciones de
fabricar una bomba atómica, se dirigió al presidente Roosevelt instándole a
emprender un programa de investigación sobre la energía atómica.
Después de las
explosiones de Hiroshima y Nagasaki, Einstein se unió a los científicos que
buscaban la manera de impedir el uso futuro de la bomba y propuso la formación
de un gobierno mundial a partir del embrión constituido por las Naciones
Unidas. Pero sus propuestas en pro de que la humanidad evitara las amenazas de
destrucción individual y colectiva, formuladas en nombre de una singular
amalgama de ciencia, religión y socialismo, recibieron de los políticos un
rechazo comparable a las críticas respetuosas que suscitaron entre los
científicos sus sucesivas versiones de la idea de un campo unificado.
Albert Einstein sigue
siendo una figura mítica de nuestro tiempo; más, incluso, de lo que llegó a
serlo en vida, si se tiene en cuenta que aquella fotografía suya en que exhibe
un insólito gesto de burla (sacando la lengua en una cómica e irreverente
expresión) se ha visto elevada a la dignidad de icono doméstico después de ser
convertida en un póster tan habitual como los de los ídolos de la canción y los
astros de Hollywood. Sin embargo, no son su genio científico ni su talla humana
los que mejor lo explican como mito, sino, quizás, el cúmulo de paradojas que
encierra su propia biografía, acentuadas con la perspectiva histórica. Al
Einstein campeón del pacifismo se le recuerda aún como al «padre de la bomba»;
y todavía es corriente que se atribuya la demostración del principio de que
«todo es relativo» precisamente a él, que luchó encarnizadamente contra la
posibilidad de que conocer la realidad significara jugar con ella a la gallina
ciega.
Isaac
Newton
La
revolución científica iniciada en el Renacimiento por Copérnico y continuada en
el siglo XVII por Galileo y Kepler tuvo su culminación en la obra del
científico británico Isaac Newton (1642-1727), a quien no cabe juzgar sino como
uno de los más grandes genios de la historia de la ciencia. Sin olvidar sus
importantes aportaciones a las matemáticas, la astronomía y la óptica, lo más
brillante de su contribución pertenece al campo de la física, hasta el punto de
que física clásica y física newtoniana son hoy expresiones sinónimas.
Conocedor
de los estudios sobre el movimiento de Galileo y de las leyes de Kepler sobre
las órbitas de los planetas, Newton estableció las leyes fundamentales de la
dinámica (ley de inercia, proporcionalidad de fuerza y aceleración y principio
de acción y reacción) y dedujo de ellas la ley de gravitación universal. Los
hallazgos de Newton deslumbraron a la comunidad científica: la clarificación y
formulación matemática de la relación entre fuerza y movimiento permitía
explicar y predecir tanto la trayectoria de un flecha como la órbita de Marte,
unificando la mecánica terrestre y la celeste. Con su magistral sistematización
de las leyes del movimiento, Newton liquidó el aristotelismo, imperante durante
casi dos mil años, y creó un nuevo paradigma (la física clásica) que se
mantendría vigente hasta principios del siglo XX, cuando otro genio de su misma
magnitud, Albert Einstein, formuló la teoría de la relatividad.
Isaac
Newton nació en las primeras horas del 25 de diciembre de 1642 (4 de enero de
1643, según el calendario gregoriano), en la pequeña aldea de Woolsthorpe, en
el condado de Lincolnshire. Su padre, un pequeño terrateniente, acababa de
fallecer a comienzos de octubre, tras haber contraído matrimonio en abril del
mismo año con Hannah Ayscough, procedente de una familia en otro tiempo
acomodada.
Cuando
el pequeño Isaac acababa de cumplir tres años, su madre contrajo de nuevo
matrimonio con el reverendo Barnabas Smith, rector de North Witham, lo que tuvo
como consecuencia un hecho que influiría decisivamente en el desarrollo del
carácter de Newton: Hannah se trasladó a la casa de su nuevo marido y su hijo
quedó en Woolsthorpe, al cuidado de su abuela materna.
Del
odio que ello le hizo concebir a Newton contra su madre y el reverendo Smith da
buena cuenta el hecho de que, en una lista de «pecados» de los que se
autoinculpó a los diecinueve años, el número trece fuera el haber deseado
incendiarles la casa con ellos dentro. Cuando Newton contaba doce años, su
madre, otra vez viuda, regresó a Woolsthorpe, trayendo consigo la sustanciosa
herencia que le había legado el segundo marido (y de la que Newton se
beneficiaría a la muerte de ella en 1679), además de tres hermanastros para
Isaac, dos niñas y un niño.
Un
año más tarde el joven Newton fue inscrito en la King's School de la cercana
población de Grantham. Hay testimonios de que, en los años que allí pasó
alojado en la casa del farmacéutico, se desarrolló su poco usual habilidad
mecánica, que ejercitó en la construcción de diversos mecanismos (el más citado
es un reloj de agua) y juguetes (las famosas cometas, a cuya cola ataba
linternas que por las noches asustaban a sus convecinos).
También
se produjo un importante cambio en su carácter: su inicial indiferencia por los
estudios, surgida probablemente de la timidez y el retraimiento, se trocó en un
feroz espíritu competitivo que le llevó a ser el primero de la clase, a raíz de
una pelea con un compañero de la que salió vencedor. Newton fue un muchacho
«sobrio, silencioso, meditativo», que prefirió construir utensilios para que
las niñas jugaran con sus muñecas a compartir las diversiones de los demás
muchachos, según el testimonio de una de sus compañeras femeninas infantiles,
la cual, cuando ya era una anciana, se atribuyó una relación sentimental
adolescente con Newton, la única que se le conoce con una mujer.
Cumplidos
los dieciséis años, su madre lo hizo regresar a casa para que empezara a
ocuparse de los asuntos de la heredad. Sin embargo, Newton no se mostró en absoluto
interesado por asumir sus responsabilidades como terrateniente; su madre,
aconsejada por el maestro de Newton y por su propio hermano, accedió a que
regresara a la escuela para preparar su ingreso en la universidad.
Finalmente,
en junio de 1661, Newton fue admitido en el Trinity College de Cambridge, y se
matriculó como fámulo, ganando su manutención a cambio de servicios domésticos,
pese a que su situación económica no parece que lo exigiera así. Allí empezó a
recibir una educación convencional en los principios de la filosofía
aristotélica (por aquel entonces, los centros que destacaban en materia de
estudios científicos se hallaban en Oxford y Londres), pero en 1663 se despertó
su interés por las cuestiones relativas a la investigación experimental de la
naturaleza, que estudió por su cuenta.
Fruto
de esos esfuerzos independientes fueron sus primeras notas acerca de lo que
luego sería su cálculo de fluxiones, estimuladas quizá por algunas de las
clases del matemático y teólogo Isaac Barrow; sin embargo, Newton hubo de ser
examinado por Barrow en 1664 al aspirar a una beca, y no consiguió entonces
inspirarle ninguna opinión especialmente favorable.
Al
declararse en Londres la gran epidemia de peste de 1665, Cambridge cerró sus
puertas y Newton regresó a Woolsthorpe. En marzo de 1666 se reincorporó al
Trinity, que de nuevo interrumpió sus actividades en junio al reaparecer la
peste, y no reemprendió definitivamente sus estudios hasta abril de 1667. En
una carta publicada póstumamente, el propio Newton describió los años de 1665 y
1666 como su «época más fecunda de invención», durante la cual «pensaba en las
matemáticas y en la filosofía mucho más que en ningún otro tiempo desde
entonces».
El
método de fluxiones, la teoría de los colores y las primeras ideas sobre la
atracción gravitatoria, relacionadas con la permanencia de la Luna en su órbita
en torno a la Tierra, fueron los logros que Newton mencionó como fechados en
esos años, y él mismo se encargó de propagar, también hacia el final de su
vida, la anécdota que relaciona sus primeros pensamientos sobre la ley de la
gravedad con la observación casual de una manzana cayendo de alguno de los
frutales de su jardín. Voltaire fue el encargado de divulgar en letra impresa
la historia, que conocía por la sobrina de Newton.
A
su regreso definitivo a Cambridge, Newton fue elegido miembro becario del
Trinity College en octubre de 1667, y dos años más tarde sucedió a Barrow en su
cátedra. Durante sus primeros años de docencia no parece que las actividades
lectivas supusieran ninguna carga para él, ya que tanto la complejidad del tema
como el sistema docente tutorial favorecían el absentismo a las clases.
Por
esa época, Newton redactó sus primeras exposiciones sistemáticas del cálculo
infinitesimal, que no se publicaron hasta más tarde. En 1664 o 1665 había
hallado la famosa fórmula para el desarrollo de la potencia de un binomio con
un exponente cualquiera, entero o fraccionario, aunque no dio noticia escrita
del descubrimiento hasta 1676, en dos cartas dirigidas a Henry Oldenburg,
secretario de la Royal Society; el teorema lo publicó por vez primera en 1685
John Wallis, el más importante de los matemáticos ingleses inmediatamente
anteriores a Newton, reconociendo debidamente la prioridad de este último en el
hallazgo.
El
procedimiento seguido por Newton para establecer la fórmula binomial tuvo la
virtud de hacerle ver el interés de las series infinitas para el cálculo
infinitesimal, legitimando así la intervención de los procesos infinitos en los
razonamientos matemáticos y poniendo fin al rechazo tradicional de los mismos
impuesto por la matemática griega. La primera exposición sustancial de su
método de análisis matemático por medio de series infinitas la escribió Newton
en 1669; Barrow conoció e hizo conocer el texto, y Newton recibió presiones
encaminadas a que permitiera su publicación, pese a lo cual (o quizá
precisamente por ello) el escrito no llegó a imprimirse hasta 1711.
Tampoco
en las aulas divulgó Newton sus resultados matemáticos, que parece haber
considerado más como una herramienta para el estudio de la naturaleza que como
un tema merecedor de atención en sí; el capítulo de la ciencia que eligió
tratar en sus clases fue la óptica, a la que venía dedicando su atención desde
que en 1666 tuviera la idea que hubo de llevarle a su descubrimiento de la
naturaleza compuesta de la luz.
En
febrero de 1672 presentó a la Royal Society su primera comunicación sobre el
tema, pocos días después de que dicha sociedad lo hubiera elegido como uno de
sus miembros en reconocimiento de su construcción de un telescopio reflector.
La comunicación de Newton aportaba la indiscutible evidencia experimental de
que la luz blanca era una mezcla de rayos de diferentes colores, caracterizado
cada uno por su distinta refrangibilidad al atravesar un prisma óptico.
Newton
consideró, con justicia, que su descubrimiento era «el más singular, cuando no
el más importante, de los que se han hecho hasta ahora relativos al
funcionamiento de la naturaleza». Pero sus consecuencias inmediatas fueron las
de marcar el inicio de un periodo de cuatro años (1672-1676) durante los que,
como él mismo le escribió a Leibniz en diciembre de 1675, «me vi tan acosado
por las discusiones suscitadas a raíz de la publicación de mi teoría sobre la
luz, que maldije mi imprudencia por apartarme de las considerables ventajas de
mi silencio para correr tras una sombra».
El
contraste entre la obstinación con que Newton defendió su primacía intelectual
allí donde correspondía que le fuese reconocida (admitiendo sólo a regañadientes
que otros pudieran habérsele anticipado), y su retraimiento innato que siempre
le hizo ver con desconfianza la posibilidad de haberse de mezclar con el común
de los mortales, es uno de los rasgos de su biografía que mejor parecen
justificar la caracterización de su temperamento como neurótico; un diagnóstico
que la constatación de sus traumas infantiles no ha hecho más que abonar, y que
ha encontrado su confirmación en otras componentes de su personalidad como la
hipocondría o la misoginia.
El
primero en oponerse a sus ideas en materia de óptica fue Robert Hooke, a quien
la Royal Society encargó que informara acerca de la teoría presentada por
Newton. Hooke defendía una concepción ondulatoria de la luz, frente a las ideas
de Newton, precisadas en una nueva comunicación de 1675 que hacían de la luz un
fenómeno resultante de la emisión de corpúsculos luminosos por parte de
determinados cuerpos. La acritud de la polémica determinó que Newton renunciara
a publicar un tratado que contuviera los resultados de sus investigaciones
hasta después de la muerte de Hooke y, en efecto, su Óptica no se publicó hasta
1704. La obra máxima de Newton, Principios matemáticos de la filosofía natural,
vería la luz mucho antes.
En
1676 Newton renunció a proseguir la polémica acerca de su teoría de los colores
y, por unos años, se refugió de nuevo en la intimidad de sus trabajos sobre el
cálculo diferencial y en su interés (no por privado menos intenso) por dos
temas aparentemente alejados del mundo sobrio de sus investigaciones sobre la
naturaleza: la alquimia y los estudios bíblicos. La afición de Newton por la
alquimia (John Maynard Keynes lo llamó «el último de los magos») estaba en
sintonía con su empeño por trascender el mecanicismo de observancia
estrictamente cartesiana que todo lo reducía a materia y movimiento y llegar a
establecer la presencia efectiva de lo espiritual en las operaciones de la
naturaleza.
Newton
no concebía el cosmos como la creación de un Dios que se había limitado a
legislarlo para luego ausentarse de él, sino como el ámbito donde la voluntad
divina habitaba y se hacía presente, imbuyendo en los átomos que integraban el
mundo un espíritu que era el mismo para todas las cosas y que hacía posible
pensar en la existencia de un único principio general de orden cósmico. Esa
búsqueda de la unidad en la naturaleza por parte de Newton fue paralela a su
investigación de la verdad originaria a través de las Sagradas Escrituras,
rastreo que hizo de él un convencido antitrinitario y que seguramente influyó
en sus esfuerzos por conseguir la dispensa real de la obligación de recibir las
órdenes sagradas para mantener su posición en el Trinity College.
En
1679 Newton se ausentó de Cambridge durante varios meses con motivo de la
muerte de su madre; a su regreso; en el mes de noviembre, recibió una carta de
Robert Hooke, por entonces secretario de la Royal Society, en la que intentaba
persuadirle de que restableciera su contacto con la institución y le sugería la
posibilidad de hacerlo comentando las teorías del propio Hooke acerca del
movimiento de los planetas.
Como
resultado, Newton reemprendió una correspondencia sobre el tema que, con el
tiempo, habría de desembocar en las reclamaciones de prioridad de Hooke
respecto a la formulación de la ley de la atracción gravitatoria. Por el
momento, su efecto fue el de devolverle a Newton su interés por la dinámica y
hacerle ver que la trayectoria seguida por un cuerpo que se moviera bajo el
efecto de una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia tendría
forma elíptica (y no sería una espiral, como Newton creyó en principio, dando
pie a ser corregido por Hooke).
Cuando
cinco años más tarde Edmond Halley, quien por entonces había ya observado el
cometa que luego llevó su nombre, visitó a Newton en Cambridge y le preguntó
cuál sería la órbita de un planeta si la gravedad disminuyese con el cuadrado
de la distancia, su respuesta fue inmediata: una elipse. Maravillado por la
rapidez con que Newton consideraba resuelto un asunto en cuyo esclarecimiento andaban
compitiendo desde hacía varios meses Robert Hooke y el propio Halley, el
astrónomo inquirió cómo podía conocer Newton la forma de la curva y obtuvo una
contestación tajante: «La he calculado». La distancia que iba entre el atisbo
de una verdad y su demostración por el cálculo marcaba la diferencia
fundamental entre Hooke y Newton, a la par que iluminaba sobre el sentido que
este último daría a su insistente afirmación de «no fingir hipótesis».
Sin
embargo, en aquel día del verano de 1684 Newton no pudo encontrar sus cálculos
para mostrárselos a Halley, y éste tuvo que conformarse con la promesa de que
le serían enviados una vez rehechos. La reconstrucción, empero, chocó con un
obstáculo: demostrar que la fuerza de atracción entre dos esferas es igual a la
que existiría si las masas de cada una de ellas estuviesen concentradas en los
centros respectivos. Newton resolvió ese problema en febrero de 1685, tras
comprobar la validez de su ley de la atracción gravitatoria
mediante
su aplicación al caso de la Luna; la idea, nacida veinte años antes, quedó
confirmada entonces merced a la medición precisa del radio de la Tierra
realizada por el astrónomo francés Jean Picard.
El
camino quedaba abierto para reunir todos los resultados en un tratado sobre la
ciencia del movimiento: Philosophiae naturalis principia mathematica
(Principios matemáticos de la filosofía natural). La intervención de Halley en
la publicación de la obra no se limitó a haber sabido convencer a su autor de
consentir en ella, algo ya muy meritorio tratándose de Newton; Halley supo
capear el temporal de la polémica con Hooke, se encargó de que el manuscrito
fuese presentado en abril de 1686 ante la Royal Society y de que ésta asumiera
su edición, y acabó corriendo personalmente con los gastos de la impresión,
terminada en julio de 1687.
Los
Principios matemáticos de la filosofía natural contenían la primera exposición
impresa del cálculo infinitesimal creado por Newton, aunque el autor prefirió
que, en general, la obra presentara los fundamentos de la física y la
astronomía formulados en el lenguaje sintético de la geometría. Newton no fue
el primero en servirse de aquel tipo de cálculo; de hecho, la primera edición
de su obra contenía el reconocimiento de que Leibniz estaba en posesión de un
método análogo. Sin embargo, la disputa de prioridades en que se enzarzaron los
partidarios de uno y otro determinó que Newton suprimiera la referencia a
Leibniz en la tercera edición de 1726. El detonante de la polémica (orquestada
por el propio Newton entre bastidores) lo constituyó la insinuación de que
Leibniz podía haber cometido plagio, expresada en 1699 por Nicolas Fatio de
Duillier, un matemático suizo admirador de Newton, con el que mantuvo una
íntima amistad de 1689 a 1693.
Ese
año Newton atravesó por una crisis paranoica de la que se ha tratado de dar
diversas explicaciones, entre las que no ha faltado, desde luego, la
consistente en atribuirla a la ruptura de su relación con el joven Fatio,
relación que, por otra parte, no parece que llevara a Newton a traspasar las
férreas barreras de su código moral puritano. Los contemporáneos de Newton
popularizaron la improbable explicación de su trastorno como consecuencia de
que algunos de sus manuscritos resultaran destruidos en un incendio; más
recientemente se ha hablado de una lenta y progresiva intoxicación derivada de
sus experimentos alquímicos con mercurio y plomo. Por fin, no pueden olvidarse
como causa plausible de la depresión las dificultades que Newton encontró para
conseguir un reconocimiento público más allá del estricto ámbito de la ciencia,
reconocimiento que su soberbia exigía y cuya ausencia no podía interpretar sino
como resultado de una conspiración de la historia.
Pese
a la dificultad de su lectura, los Principios matemáticos de la filosofía natural
le habían hecho famoso en la comunidad científica. En 1687, Newton había
formado parte de la comisión que la Universidad de Cambridge envió a Londres
para oponerse a las medidas de catolización del rey Jacobo II. Aunque quizá su
intervención se debió más a su condición de laico que a su fama, ello le valió
ser elegido por la universidad como representante suyo en el parlamento formado
como consecuencia del desembarco de Guillermo de Orange y el exilio de Jacobo
II a finales de 1688.
Su
actividad parlamentaria, que duró hasta febrero de 1690, se desarrolló en
estrecha colaboración con Charles Montagu, más tarde lord Halifax, a quien
había conocido pocos años antes como alumno en Cambridge y que fue el encargado
de dar cumplimiento a los deseos de Newton de cambiar su retiro académico en
Cambridge por la vida pública en Londres. Montagu fue nombrado canciller de la
hacienda real en abril de 1694; cuando su ley de reacuñación fue aprobada en
1695, le otorgó a Newton el cargo de inspector de la Casa de la Moneda, siendo
ascendido al de director en 1699. Lord Halifax acabó por convertirse en el
amante de la sobrina de Newton, aunque los cargos obtenidos por éste, pese a
las acusaciones lanzadas por Voltaire, no tuvieron que ver con el asunto.
A
fines de 1701, Newton fue elegido de nuevo miembro del parlamento como
representante de su universidad, pero poco después renunció definitivamente a
su cátedra y a su condición de fellow del Trinity College, confirmando así un
alejamiento de la actividad científica que se remontaba, de hecho, a su llegada
a Londres. En 1703, tras la muerte de Hooke y cuando el final de la reacuñación
había convertido la dirección de la Casa de la Moneda en una tranquila
sinecura, Newton fue elegido presidente de la Royal Society, cargo que conservó
hasta su muerte. En 1705 se le otorgó el título de sir.
Pese
a su hipocondría, alimentada desde la infancia por su condición de niño
prematuro, Newton gozó de buena salud hasta los últimos años de su vida; a
principios de 1722 una afección renal lo tuvo seriamente enfermo durante varios
meses, y en 1724 se produjo un nuevo cólico nefrítico. En los primeros días de
marzo de 1727, el alojamiento de otro cálculo en la vejiga marcó el comienzo de
su agonía: Newton murió en la madrugada del 20 de marzo, tras haberse negado a
recibir los auxilios finales de la Iglesia, consecuente con su aborrecimiento
del dogma de la Trinidad.
