Isaac Newton

Isaac Newton fue un matemático, físico y astrónomo inglés; en el lenguaje de su época, un “filósofo natural”. Es más conocido por su libro Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural), llamado normalmente los Principia, publicado por primera vez en 1687. En él formuló las leyes del movimiento y la ley de la gravitación universal, que juntas explicaban los movimientos de los objetos en la Tierra y de los planetas, la Luna y los cometas en el cielo.

Newton también hizo descubrimientos fundamentales en óptica, demostrando que la luz solar es una mezcla de colores y construyendo el primer telescopio reflector práctico. En matemáticas desarrolló el cálculo, la matemática del cambio, casi al mismo tiempo que el filósofo alemán Gottfried Wilhelm Leibniz, lo que dio lugar a una de las disputas más amargas de la historia de la ciencia.

La Stanford Encyclopedia of Philosophy divide su vida en cuatro partes: su juventud antes de Cambridge; sus años en Cambridge hasta los Principia; alrededor de una década de fama e inquietud creciente; y tres décadas en Londres, donde dirigió la Casa de la Moneda Real. Casi todos sus grandes descubrimientos se hicieron en los años de Cambridge.

Newton nació en Woolsthorpe Manor, cerca de Grantham, en Lincolnshire, el día de Navidad de 1642 según el calendario usado entonces en Inglaterra (4 de enero de 1643 en el calendario moderno), menos de un año después de la muerte de Galileo. Su padre, un granjero, había muerto dos meses antes. Cuando Isaac tenía tres años, su madre Hannah se volvió a casar y se mudó, dejándolo con sus abuelos. Ella regresó con otros tres hijos en 1653 tras la muerte de su segundo marido.

Fue a la escuela en Grantham y en 1659 lo llevaron a casa para dirigir la granja, cosa que hizo mal. Su tío y su maestro convencieron a su madre de que fuera a la universidad en su lugar, y en 1661 entró en el Trinity College de Cambridge, mayor que la mayoría de sus compañeros. Al principio se pagaba los estudios haciendo tareas de sirviente, hasta que ganó una beca en 1664.

Estos fueron los años más turbulentos de la historia de Inglaterra: la guerra civil comenzó en 1642, el rey Carlos I fue ejecutado en 1649, Oliver Cromwell gobernó como Lord Protector, y la monarquía se restauró bajo Carlos II en 1660, el mismo año en que se fundó la Royal Society de Londres. No está claro cuánto afectó esta agitación a la familia de Newton, pero cambió profundamente la vida intelectual inglesa.

En Cambridge la enseñanza oficial todavía se basaba en Aristóteles, pero hacia 1664 Newton ya leía por su cuenta las obras de René Descartes y se enseñaba a sí mismo las matemáticas más nuevas. Desde el verano de 1665 hasta la primavera de 1667 la universidad estuvo cerrada por la peste, y Newton pasó casi todo ese tiempo en Woolsthorpe. Este período se llama a menudo su annus mirabilis, o “año maravilloso”.

En esos meses hizo sus primeros descubrimientos experimentales sobre la luz y el color, resolvió las matemáticas del movimiento circular y notó un vínculo entre una fuerza que varía con el cuadrado inverso y la regla de Kepler que relaciona los períodos de los planetas con sus distancias al Sol. A finales de 1666, según la Stanford Encyclopedia, se había convertido de hecho en el principal matemático del mundo, al haber descubierto el cálculo, que él llamó el método de las “fluxiones”.

La famosa manzana pertenece a este período. Ya mayor, Newton contó a su amigo William Stukeley que la idea de la gravedad le vino “ocasionada por la caída de una manzana” mientras estaba sentado en un jardín, preguntándose por qué siempre cae en línea recta hacia el centro de la Tierra. El marido de su sobrina, John Conduitt, dio un relato similar. Algunos eruditos dudan de los detalles de la historia, pero procede del propio Newton; no hay evidencia de que la manzana le golpeara la cabeza.

Antes de Newton, mucha gente pensaba que un prisma de cristal de algún modo añadía colores a la luz blanca. Newton hizo pasar un haz estrecho de luz solar por un prisma en una habitación oscurecida y descubrió que la banda de colores —que llamó el espectro— era larga y estrecha en lugar de redonda. Concluyó que la luz blanca es una mezcla de rayos que se doblan en distinta medida. Con una lente y un segundo prisma podía recombinar los colores en luz blanca, y un solo color que pasaba por otro prisma no cambiaba.

Esto lo llevó a pensar que las lentes de los telescopios comunes siempre difuminarían las imágenes con franjas de color. Para evitar el problema construyó un telescopio que usaba un espejo curvo en lugar de una lente para recoger la luz. Su primer telescopio reflector estuvo listo a finales de 1668; en 1671 la Royal Society pidió una demostración, y en 1672 fue elegido miembro (Fellow).

En 1672 su artículo sobre la luz y los colores se leyó ante la Royal Society y se imprimió en sus Philosophical Transactions. Dio comienzo a años de discusión con críticos, entre ellos Robert Hooke y Christiaan Huygens, que molestaron tanto a Newton que se retiró del debate público. Su relato completo, Opticks, apareció solo en 1704, tras la muerte de Hooke, escrito en inglés, con ediciones posteriores que añadían famosas “Preguntas” sobre la naturaleza de la luz y la materia.

En 1669 Newton se convirtió en profesor lucasiano de Matemáticas en Cambridge. Durante algunos años mostró poco interés por las órbitas de los planetas, hasta que una carta de Hooke a finales de 1679 le preguntó qué curva seguiría un cuerpo bajo una fuerza que se debilita con el cuadrado de la distancia. En agosto de 1684 el astrónomo Edmond Halley visitó Cambridge y le hizo la misma pregunta. Newton respondió de inmediato: una elipse. No pudo encontrar su cálculo, pero en noviembre envió a Halley un tratado de nueve páginas, De motu corporum in gyrum (Sobre el movimiento de los cuerpos en órbita).

Animado por Halley, Newton pasó los siguientes dos años y medio ampliando estas diez proposiciones hasta convertirlas en los Principia, una obra en latín de unas 500 páginas con 192 proposiciones derivadas. La Royal Society había agotado su presupuesto de libros, así que Halley pagó la impresión de su propio bolsillo. Unas 300 copias aparecieron en julio de 1687. El Libro 1 trata el movimiento sin resistencia; el Libro 2 se ocupa del movimiento a través de fluidos resistentes y argumenta contra la teoría de Descartes de que los planetas son arrastrados por remolinos (vórtices) de materia; el Libro 3, “Sobre el sistema del mundo”, aplica la teoría al sistema solar.

El libro comienza con definiciones y tres leyes del movimiento: un cuerpo permanece en reposo o se mueve en línea recta a menos que actúe una fuerza sobre él; el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza; y toda acción tiene una reacción igual y opuesta. A partir de estas y de la ley de que todo cuerpo atrae a todo otro cuerpo con una fuerza que disminuye con el cuadrado de la distancia, Newton dedujo las leyes de Kepler del movimiento planetario y explicó las trayectorias de los cometas, las mareas, el ligero achatamiento de la Tierra y el lento bamboleo de su eje. Aquí había un único conjunto de leyes para el cielo y la Tierra.

Newton revisó cuidadosamente los Principia para una segunda edición en 1713, editada por Roger Cotes, y una tercera en 1726. La segunda edición añadió el Escolio General, en el que declaró que aún no había encontrado la causa de la gravedad y que “hypotheses non fingo”, “no invento hipótesis”.

Los Principia hicieron famoso a Newton. Tras la Revolución Gloriosa se sentó en el Parlamento por la Universidad de Cambridge en 1689–1690, y se hizo amigo del filósofo John Locke. En 1693 sufrió lo que él mismo describió como un colapso, del que se recuperó ese otoño. Cada vez más descontento en Cambridge, aceptó el puesto de guardián de la Casa de la Moneda Real en 1696 y se mudó a Londres; se convirtió en director de la Casa de la Moneda a finales de 1699 y ocupó ese cargo el resto de su vida.

En la Casa de la Moneda, Newton se tomaba su trabajo en serio. Durante la Gran Recuñación estimó que una quinta parte de las monedas entregadas eran falsas. Investigó y procesó él mismo a falsificadores —28 en total, incluido el notorio William Chaloner, que fue ahorcado— y mejoró la precisión de las monedas. Su valoración del oro ayudó a que Gran Bretaña avanzara hacia el patrón oro. También perdió una gran suma en la burbuja de los Mares del Sur de 1720.

En 1703 fue elegido presidente de la Royal Society y en 1705 la reina Ana lo nombró caballero. Usó su posición con firmeza. Él y Halley publicaron las observaciones del astrónomo real John Flamsteed en contra de su voluntad, lo que le hizo un enemigo de por vida. Newton murió en Londres el 20 de marzo de 1727 (calendario juliano), a los 84 años, y tras yacer en capilla ardiente fue enterrado en la nave de la Abadía de Westminster.

Newton había desarrollado su método de fluxiones en 1665–1666 y escribió tratados más completos hacia 1671, pero no los publicó; nadie quería imprimir su extenso relato. A mediados de la década de 1670 intercambió cartas sobre matemáticas con Leibniz, entre otros, así que sus avances no eran un secreto. Leibniz empezó a desarrollar su propio cálculo en 1674 y publicó su primer artículo sobre él en 1684, usando la notación diferencial que todavía es estándar hoy. Newton presentó una forma geométrica del cálculo en los Principia (1687), pero su notación fluxional apareció impresa solo parcialmente en 1693 y de manera más completa en 1704, en tratados añadidos a Opticks.

La tensión se convirtió en conflicto abierto en 1710, cuando el matemático escocés John Keill acusó a Leibniz de plagio en las Philosophical Transactions. Leibniz, miembro de la Royal Society, apeló a la Sociedad pidiendo justicia. El informe del comité de 1712 se puso del lado de Newton —que en gran medida lo controlaba— y en 1715 Newton publicó una reseña anónima de ese informe elogiándose a sí mismo. Los historiadores hoy coinciden en que ambos hombres inventaron el cálculo de forma independiente.

La disputa tuvo efectos duraderos. Amplió una división entre los matemáticos ingleses en torno a la Royal Society y el grupo continental que trabajaba con el cálculo de Leibniz, sobre todo Johann Bernoulli, una división en la práctica de las matemáticas que duró mucho después de la muerte de Leibniz en 1716. También hizo que los pensadores continentales, ya incómodos con la idea de la gravedad de Newton actuando a distancia sin ningún mecanismo, se mostraran durante un tiempo más hostiles a su física.

Newton escribió mucho más sobre alquimia y religión que sobre física. En 1669 compró aparatos químicos y libros alquímicos, y llevó a cabo experimentos en lo que los historiadores llaman “chymistry”, la mezcla de alquimia y química del siglo XVII, durante décadas. Escribió un importante tratado alquímico, Praxis, a principios de la década de 1690, pero nunca lo publicó.

Sus estudios religiosos fueron intensos y, para su época, peligrosos. Llegó a rechazar la doctrina de la Trinidad, una creencia central de la Iglesia de Inglaterra; los estudiosos lo describen como antitrinitario y posiblemente cercano a la antigua postura arriana. Mantuvo estas creencias en gran medida ocultas; según la Stanford Encyclopedia, la cuestión de los votos religiosos ligados a su cátedra en Cambridge parece haber sido lo que originalmente lo impulsó a estudiar la Trinidad. También estudió la profecía bíblica, reconstruyó el Templo de Salomón a partir del texto bíblico e intentó fechar la historia antigua usando la astronomía; algunas de estas obras se publicaron tras su muerte, como The Chronology of Ancient Kingdoms Amended (1728) y Observations upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John (1733).

Estos escritos permanecieron en gran medida desconocidos durante dos siglos. Tras pasar por la sobrina de Newton, Catherine Barton, y su marido John Conduitt, fueron a parar a los condes de Portsmouth. La Universidad de Cambridge conservó los escritos científicos después de 1888, y el resto se vendió en subasta en Sotheby’s en 1936. El economista John Maynard Keynes compró gran parte de los manuscritos alquímicos y los donó a Cambridge en 1946. El estudio serio de estos escritos comenzó solo en la década de 1970.

La Stanford Encyclopedia sostiene que el corazón del logro de Newton es una nueva manera de conectar la teoría con la evidencia. Desconfiaba del “método de las hipótesis”: proponer una explicación audaz y luego comprobar algunas de sus consecuencias. En cambio, insistía en que fenómenos específicos debían decidir cada elemento de una teoría, de modo que el único paso provisional fuera generalizar a partir de esos fenómenos. Su cuarta Regla de Razonamiento, añadida a la tercera edición de los Principia, dice que las proposiciones obtenidas de los fenómenos por inducción deben tomarse como exacta o muy aproximadamente ciertas hasta que otros fenómenos las hagan más exactas o muestren excepciones.

Esta postura permitió a Newton dejar preguntas abiertas. No afirmó saber qué causa la gravedad, ni si la luz está hecha de partículas u ondas, aunque pensaba que las partículas eran más probables. Críticos como Leibniz y Huygens se quejaban de que una fuerza que actuaba a través del espacio vacío sin contacto era una cualidad “oculta”. Newton respondió que la evidencia mostraba que tal fuerza existe y obedece una ley precisa, y que eso bastaba para la ciencia aunque no se supiera su causa. De este modo, argumentan los historiadores, su obra ayudó a separar la ciencia empírica de la filosofía natural especulativa.

La óptica y la mecánica produjeron dos tradiciones newtonianas distintas: de Opticks, una tradición de experimentación cuidadosa; de los Principia, una de teoría matemática. Ambas compartían el compromiso de Newton de dejar que la experiencia fuera no solo el juez de las teorías, sino la base para adoptarlas.

Costó décadas que la teoría de Newton ganara aceptación general. La Stanford Encyclopedia describe la década de 1740 como un punto de inflexión: expediciones francesas a Laponia y Perú confirmaron que la Tierra está achatada en los polos, como Newton había predicho, y matemáticos como Clairaut, d’Alembert y Euler resolvieron problemas que él había dejado abiertos. La exitosa predicción de Clairaut del regreso del cometa Halley en 1759 convenció a gran parte del público educado. Mucho de lo que llamamos “mecánica newtoniana”, incluida la conocida ecuación F = ma, que no aparece en ninguna parte de los Principia, fue en realidad formulada por Euler en el siglo XVIII, y la gran Mecánica Celeste de Laplace (1799–1805) completó el programa.

Newton se convirtió en un símbolo de la Ilustración. Escritores como Voltaire popularizaron una visión del mundo “newtoniana” en Francia, y filósofos desde Locke y Berkeley en adelante se preguntaron qué hacía tan exitosa a la ciencia de los Principia. Hume y Adam Smith esperaban una ciencia comparable de los asuntos humanos, y la pregunta ayudó a crear la filosofía de la ciencia, comenzando con Kant. Los historiadores advierten, sin embargo, que muchos “newtonianos” del siglo XVIII habían leído poco de los difíciles Principia propiamente dichos, y que las ideas atribuidas a Newton por los divulgadores a menudo difieren mucho de lo que él escribió. En el siglo XX la relatividad de Einstein mostró que la teoría de Newton solo se sostiene como una aproximación extremadamente buena.

Interpretar a la persona de Newton es difícil. Hay un marcado contraste entre el Newton público de las obras publicadas y el Newton privado de los manuscritos alquímicos y teológicos, que solo se dieron a conocer ampliamente después de 1936. Sabemos sorprendentemente poco sobre qué lo impulsaba, y los biógrafos, como señala un estudioso, a menudo nos dicen tanto de sí mismos como de Newton. Su famosa frase de una carta de 1675 a Hooke —“Si he visto más lejos es porque estaba sentado sobre hombros de gigantes”— es en sí misma debatida: algunos historiadores la leen como modestia, otros como un insulto velado a Hooke, que según se dice era bajo, y la frase era un proverbio bien conocido mucho antes de Newton.