SIGLO DE LAS LUCES Teoría de la Gravitación Universal

SIGLO DE LAS LUCES

Teoría de la Gravitación Universal

Newton centró su atención en la mecánica celeste. Cuando en 1684, su amigo el astrónomo Edmond Halley le pidió su opinión sobre el problema más importante de su tiempo, qué tipo de fuerza actuaba sobre los planetas para que se movieran según las leyes de Kepler, Newton le informó que desde hacía tiempo había encontrado la respuesta. Para incitarlo a publicar, Halley le comentó que probablemente Hooke también la tenía y pronto publicaría, noticia que llevó a Newton a dos años de un intenso trabajo publicó su obra fundamental, cuya primera parte apareció en 1687: “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” (Principios matemáticos de filosofía natural), conocido como los Principia. 
Años más tarde, Newton relata que fue hacia 1666, cuando solo tenía 24 años, cuando había realizado los descubrimientos más importantes tanto en matemática como en óptica y mecánica. Escribió:
“Y el mismo año comencé a pensar en la gravedad que se extendía a la órbita de la Luna y... a partir de la regla de Kepler (tercera ley) deduje que las fuerzas que mantienen a los planetas en sus órbitas deben estar en razón inversa a los cuadrados de sus distancias al centro alrededor del cual giran; y de este modo comparé la fuerza necesaria para mantener la Luna en su órbita con la fuerza de la gravedad en la superficie de la Tierra y encontré para ella un resultado suficientemente preciso. Todo esto fue en los dos años de la peste de 1665 y 1666, pues en aquellos días estaba en la edad ideal para la invención y discurría acerca de las matemáticas y filosofía (ciencia física) mejor que en cualquier tiempo después”.
La famosa leyenda de que la caída de una manzana había inspirado a Newton la idea de que la fuerza que hacía que la manzana cayera era la misma que mantenía a la Luna en órbita alrededor de la Tierra, se refiere a esta época y fue iniciada por un amigo de Newton años después de su muerte.
Newton pudo explicar las leyes de Kepler del movimiento planetario, al tiempo que planteaba las leyes del movimiento, aplicables tanto a cuerpos terrestres como celestiales, creando los instrumentos matemáticos adecuados, el cálculo infinitesimal e integral, (inventado simultáneamente por Gottfried Leibniz) los que le permitiría realizar el cálculo de las fuerzas que él postulaba como causas del movimiento elíptico de los planetas. En esa gran obra, considerada como el éxito máximo de la Revolución Científica, Newton plantea las tres leyes del movimiento y el principio de la gravitación universal, suficientes para explicar el cosmos, pero solo, según las creencias de Newton, con la ayuda divina. Cuando se le interrogó acerca de la naturaleza de la atracción a distancia, la fuerza de la gravedad entre dos cuerpos, a distancia, afirmaba que no había encontrado explicación en sus estudios, explicación no requerida para los resultados, y que no formularía hipótesis. Pero más de una vez sugirió que era la acción divina la originaria de la gravedad, como de todas las fuerzas originarias del orden y vitalidad de la creación. El análisis final de las mutuas fuerzas de atracción de los planetas, causarían el colapso del sistema a no ser que Dios actuara para impedirlo.

Las tres leyes del movimiento, planteadas en los Principia, establecen:

1. Todo cuerpo en reposo o en movimiento en línea recta a velocidad constante continúa en ese estado a no ser que una fuerza opere sobre el.

2. El cambio en el movimiento es proporcional a la fuerza motora impuesta y opera en la dirección de dicha fuerza. Esta segunda ley tomaría la forma de fuerza igual a masa por aceleración, dada por el matemático Leonhard Euler en 1750.

3. A toda acción hay siempre una reacción de igual magnitud, en dirección opuesta. O sea, la interacción entre dos cuerpos siempre es igual y contraria.

En la aplicación de estas leyes a la astronomía, Newton postula la fuerza gravitacional:

“La fuerza que retiene los cuerpos celestes en sus órbitas ha sido llamada, hasta ahora, fuerza centrípeta; pero está claro que ésta no puede ser otra más que una fuerza gravitatoria que llamaremos en adelante gravedad. Por esta causa, la fuerza centrípeta que retiene la Luna en su órbita se extenderá también a todos los planetas”.

Newton no podía saber que esta fuerza actuara en todo el Universo así como nunca explicó cómo se propaga esta fuerza. El resultado de una fuerza gravitacional proporcional a las masas de los cuerpos y al inverso del cuadrado de la distancia entre ellos, Gm1m2/R2, es un movimiento elíptico, descrito por las leyes de Kepler, explica la caída libre de acuerdo a la ley de Galileo: la fuerza que causa la caída de los cuerpos cercanos a la superficie terrestre, es la misma que mantiene a la Luna alrededor de la Tierra y a los planetas alrededor del Sol.
Newton también contribuyó al método científico, sintetizado en el prefacio a los Principia,

“…yo he utilizado en este trabajo las matemáticas en tanto en cuanto se relacionan con la filosofía (nosotros diríamos “ciencia física”) ...pues el objeto de la filosofía me parece a mí, debe consistir en esto: a partir de los fenómenos del movimiento, investigar (por inducción) las fuerzas de la Naturaleza y, a partir de ellas, demostrar (por deducción) los otros fenómenos…”

De nuevo, Hooke acusó a Newton de plagio y pretendió que incluyera su nombre como coautor, a lo que Newton se negó rotundamente. Desde entonces, hasta su muerte cuatro décadas más tarde, no realizó ninguna otra contribución importante a la física, se dedicó cada vez más a la alquimia y la teología, aunque en 1704 publicó su última obra científica, Óptica. Ocupó cargos públicos y gozó de una fama que lo colocó en el pedestal de la gloria. Fue nombrado caballero en 1705 y fue presidente de la Royal Society desde 1703 hasta su muerte en 1727. En 1710 acusó a Leibniz de plagio del cálculo matemático y orquestó subrepticiamente toda suerte de ataques que contribuyeron a la temprana muerte de éste.
La teoría de la gravitación universal de Newton llevó de inmediato a aclarar diferentes fenómenos entre los que se destacan los cometas, uno de los más famosos, el cometa Halley, estudiado con detalle por Edmond Halley en su aparición de 1682. Newton predijo un período de reaparición de 75 años según las leyes de Kepler como un miembro más del sistema solar. Su reaparición en 1756 representó un triunfo de la teoría newtoniana.
Newton explicó el efecto de la rotación de la Tierra produciendo el achatamiento de los polos, que medidas precisas posteriores demostraron. Se llega incluso a calcular el período de rotación de un planeta alrededor de su eje a partir del ensanchamiento ecuatorial de un planeta medido con un buen telescopio. El fenómeno de las mareas lo explicó como atracción de la Luna sobre los océanos, y en menor grado el Sol y los otros planetas.
Mas el triunfo de la mecánica newtoniana se daría por el descubrimiento de nuevos planetas. En 1781 William Herschel (1738 – 1822) observó con su telescopio casero de 3 metros, un objeto no reportado hasta ese momento, que podría ser un cometa más de los reportados por él, junto con nuevas estrellas y nebulosas. Continuando sus observaciones concluyó que se trataba de un planeta, cien veces mayor que la Tierra y al doble de la distancia al Sol que Saturno, hasta entonces el más lejano del sistema solar: ese planeta se llamó Urano. A partir de la ley de gravitación, se pudo calcular su órbita elíptica de un período de 84 años. Solo que con el tiempo se pudo comprobar que existían irregularidades que solo podrían explicarse si existiera un nuevo planeta que causara perturbaciones adicionales en la órbita de Urano. El joven astrónomo John C. Adams, de la universidad de Cambridge, dedujo la posición que debía tener el novísimo planeta, cálculos a los que llegó en Francia, U.J.J. Leverrier, quien envió sus resultados al observatorio de Berlín y así comprobó la existencia de Neptuno como nuevo planeta del sistema solar en 1846. Así, la ley de la gravitación universal había logrado su mayor triunfo.

1686-1700: El final del Siglo de las Luces

1688: Guillermo III y su esposa y prima Maria II coronados como co-gobernantes. Desde este momento, el rey es solo una figura política y el parlamento gobierna a Inglaterra.
1689: John Locke retorna a Inglaterra con sus dos Tratados que publica ese año
1690: Guillermo III derrota a Jaime II y los rebeldes irlandeses en la batalla de Boyne, que dio inicio al conflicto entre católicos y protestantes en Irlanda.
1690: John Locke publica Human Understanding.
1696: Isaac Newton es nombrado Guardián del Tesoro.
1697: Se inaugura la Catedral de San Pablo en Londres.