Isaac Newton

Matemático y físico inglés

Isaac Newton nació en Woolsthorpe Manor, Lincolnshire, Inglaterra, el 25 de diciembre de 1642 según el calendario juliano entonces vigente en Inglaterra, fecha equivalente al 4 de enero de 1643 en el calendario gregoriano. Matemático, físico, astrónomo y filósofo natural, formuló una síntesis capaz de explicar mediante las mismas leyes matemáticas tanto el movimiento de los cuerpos terrestres como el de la Luna, los planetas y los cometas. Sus investigaciones sobre mecánica, gravitación, cálculo y óptica transformaron la ciencia europea y establecieron buena parte del marco conceptual de la física clásica.

Infancia y formación

Fue hijo póstumo de Isaac Newton, propietario rural fallecido unos tres meses antes de su nacimiento, y de Hannah Ayscough. Cuando tenía alrededor de tres años, su madre contrajo matrimonio con el clérigo Barnabas Smith y se trasladó a North Witham. Newton permaneció en Woolsthorpe al cuidado de su abuela materna, Margery Ayscough. Hannah regresó años después, ya viuda por segunda vez, acompañada de los tres hijos nacidos de aquel matrimonio.

A los doce años ingresó en la King's School de Grantham. Durante parte de esta etapa se alojó en casa del boticario William Clarke, un entorno que probablemente favoreció su familiaridad con sustancias, preparados y procedimientos químicos. Los testimonios conservados sobre su juventud mencionan también su afición a construir mecanismos, modelos, relojes de sol y otros artefactos.

Su madre intentó que abandonara los estudios para ocuparse de las propiedades familiares, pero Newton mostró escasa disposición para la agricultura. Regresó a Grantham y en 1661 ingresó en Trinity College, Cambridge. La enseñanza universitaria conservaba todavía una fuerte presencia aristotélica, aunque Newton comenzó a estudiar por su cuenta las matemáticas y la nueva filosofía natural. Leyó a René Descartes, Johannes Kepler y otros autores modernos que estaban modificando la concepción tradicional del universo.

Obtuvo el grado de bachiller en 1665. Ese mismo año, una epidemia de peste obligó a cerrar temporalmente Cambridge y Newton regresó a Woolsthorpe.

Los años de Woolsthorpe

Entre 1665 y 1667 desarrolló una parte sustancial de las ideas que después madurarían en sus grandes trabajos. Este periodo ha sido denominado con frecuencia su annus mirabilis, aunque la imagen de un Newton que resolvió de una vez y en completo aislamiento los problemas fundamentales de la física simplifica un proceso intelectual que se prolongó durante décadas.

Trabajó con series infinitas, avanzó hacia su método de las fluxiones —antecedente del cálculo diferencial e integral—, realizó experimentos con prismas para investigar la naturaleza de la luz y empezó a estudiar matemáticamente el movimiento circular y la atracción gravitatoria.

De estos años procede también la historia de la manzana. Newton contó posteriormente que la caída de una manzana le hizo preguntarse si la fuerza que atraía los objetos hacia el suelo podría extenderse mucho más allá de la superficie terrestre. El episodio no produjo de forma instantánea la ley de la gravitación universal y no existe fundamento para la versión popular según la cual la fruta le golpeó en la cabeza. Su importancia reside en la pregunta que simboliza: si la Tierra atrae una manzana, ¿podría atraer también a la Luna?

El cálculo y las fluxiones

Newton comprendió que los problemas de tangentes, velocidades instantáneas, máximos, mínimos y áreas podían abordarse mediante procedimientos matemáticos relacionados. Durante la segunda mitad de la década de 1660 desarrolló lo que llamó método de las fluxiones, en el que las magnitudes variables eran concebidas como cantidades que fluían y sus razones de variación como fluxiones.

Sin embargo, durante mucho tiempo no publicó sistemáticamente sus métodos. De analysi per aequationes numero terminorum infinitas, redactado en 1669 y conocido inicialmente mediante manuscritos, no apareció impreso hasta 1711. Su tratado sobre las fluxiones, escrito en 1671, fue publicado póstumamente en traducción inglesa en 1736 como The Method of Fluxions and Infinite Series.

Gottfried Leibniz desarrolló independientemente su propio cálculo diferencial e integral durante la década de 1670 y publicó antes que Newton. Su sistema de notación, con símbolos que terminarían siendo fundamentales en el cálculo moderno, resultó especialmente eficaz y alcanzó una amplia difusión continental.

La prioridad provocó años después una disputa amarga. Newton había llegado antes a varias ideas esenciales en manuscritos privados; Leibniz, por su parte, realizó un desarrollo independiente y fue el primero en publicarlo sistemáticamente. La historia de las matemáticas reconoce a ambos como creadores fundamentales del cálculo moderno.

La luz y el telescopio reflector

Newton regresó a Cambridge en 1667 y fue elegido fellow de Trinity College. En 1669 sucedió a Isaac Barrow como profesor lucasiano de Matemáticas.

Sus experimentos con prismas le llevaron a concluir que la luz blanca no era una sustancia homogénea alterada por el cristal. Estaba compuesta por rayos con diferentes grados de refrangibilidad que el prisma separaba y que eran percibidos como colores diferentes. El prisma no creaba los colores: los separaba de la luz blanca.

Esta conclusión tenía además consecuencias para la construcción de telescopios. Las lentes de los telescopios refractores producían aberración cromática porque los distintos colores no se desviaban de la misma manera. Newton construyó hacia 1668 un pequeño telescopio reflector que empleaba un espejo como elemento principal y reducía ese problema.

La presentación del instrumento contribuyó a su elección como miembro de la Royal Society en 1672. Ese mismo año comunicó públicamente su teoría de la luz y el color. Las objeciones de Robert Hooke originaron uno de sus primeros grandes enfrentamientos científicos. Newton reaccionaba con especial intensidad ante las críticas y las cuestiones de prioridad, un rasgo que reaparecería repetidamente a lo largo de su vida.

Sus investigaciones ópticas terminaron reuniéndose en Opticks, publicada en 1704. Frente al carácter fuertemente matemático del Principia, esta obra se apoyaba de manera muy visible en experimentos y concluía con una serie de preguntas abiertas sobre la naturaleza de la luz, la materia y las fuerzas.

El Principia y las tres leyes del movimiento

El impulso decisivo para su gran obra de mecánica llegó en 1684. Edmond Halley, que discutía con Hooke y Christopher Wren problemas relativos a las órbitas planetarias, visitó a Newton en Cambridge y le preguntó qué trayectoria seguiría un planeta sometido a una fuerza que disminuyera con el cuadrado de la distancia al Sol. Newton respondió que describiría una elipse y comenzó a reconstruir la demostración.

De aquella cuestión surgió primero De motu corporum in gyrum y después una investigación de una amplitud mucho mayor. Halley alentó a Newton, supervisó el proceso de impresión y asumió los costes de publicación cuando la Royal Society no disponía de recursos suficientes.

En 1687 apareció Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica. En sus páginas Newton formuló tres leyes generales del movimiento que proporcionaron la base de la mecánica clásica.

La primera ley, o principio de inercia, establece que un cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme mientras ninguna fuerza externa modifique ese estado. Esta formulación desarrollaba una línea de pensamiento en la que habían intervenido anteriormente autores como Galileo Galilei y Descartes.

La segunda ley relaciona una fuerza aplicada con el cambio de movimiento que produce y establece que dicho cambio se realiza en la dirección de la fuerza. En la formulación moderna para una masa constante suele expresarse mediante la relación entre fuerza, masa y aceleración, aunque esta expresión algebraica simplifica el enunciado original de Newton, formulado en términos de cambio de cantidad de movimiento.

La tercera ley afirma que a toda acción corresponde una reacción igual y opuesta: cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, el segundo ejerce simultáneamente sobre el primero una fuerza de igual magnitud y dirección contraria.

Estas leyes permitieron tratar mediante un mismo sistema matemático problemas que hasta entonces aparecían separados: proyectiles, choques, cuerpos en caída, movimientos orbitales y numerosos fenómenos astronómicos.

Gravitación universal

La ley de gravitación universal establecía que dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Combinada con las leyes del movimiento, permitía deducir matemáticamente aspectos esenciales de las órbitas descritas empíricamente por Kepler, estudiar el movimiento de la Luna, analizar las trayectorias de los cometas y abordar distintos fenómenos relacionados con las mareas.

Newton no fue el primero en considerar una fuerza que disminuyera con el cuadrado de la distancia. Hooke y otros investigadores habían planteado ideas próximas. La aportación decisiva de Newton consistió en convertir intuiciones, observaciones y resultados dispersos en una teoría matemática general capaz de explicar con los mismos principios los movimientos terrestres y los celestes.

Espacio y tiempo absolutos

El Principia no contenía únicamente leyes físicas. En el escolio que sigue a sus definiciones, Newton expuso una concepción del espacio, el tiempo y el movimiento que se convertiría en uno de los fundamentos filosóficos de la física clásica. Distinguió entre las medidas relativas utilizadas por los observadores y un tiempo absoluto, verdadero y matemático, que transcurriría uniformemente con independencia de los acontecimientos, y un espacio absoluto, concebido como un marco que permanecería siempre semejante e inmóvil.

De este modo, para Newton no todo movimiento podía reducirse simplemente al cambio de posición de un cuerpo respecto a otros cuerpos. Existía una diferencia entre movimiento relativo y movimiento verdadero. Su conocido razonamiento del recipiente de agua en rotación pretendía mostrar que los efectos de la aceleración podían permitir distinguir una rotación real incluso cuando no bastaba comparar un objeto con los cuerpos inmediatamente próximos.

Esta estructura conceptual dominó gran parte de la física posterior. Más de dos siglos después, la relatividad de Albert Einstein cuestionaría precisamente la existencia de un espacio y un tiempo absolutos independientes del observador y reformularía también la gravitación. La mecánica newtoniana, sin embargo, sigue proporcionando una aproximación extraordinariamente eficaz cuando las velocidades son pequeñas comparadas con la de la luz y los campos gravitatorios no son extremos.

Alquimia y teología

La imagen posterior de Newton como científico dedicado exclusivamente a problemas semejantes a los de la física moderna resulta incompleta. Durante buena parte de su vida dedicó una enorme cantidad de trabajo a la alquimia —o química, según el vocabulario de su época— y a la teología.

Copió recetas, estudió tratados alquímicos, realizó experimentos de laboratorio y buscó principios activos de la materia que permitieran comprender las transformaciones químicas. Gran parte de estos manuscritos permaneció inédita durante siglos.

Su producción teológica fue igualmente extensa. Estudió profecías bíblicas, cronología antigua, historia de la Iglesia y variantes textuales de las Escrituras. Llegó a sostener posiciones cristianas antitrinitarias incompatibles con la doctrina oficial de la Iglesia de Inglaterra y mantuvo estas convicciones esencialmente en privado.

Para Newton no existía una frontera tajante entre investigar la naturaleza y reflexionar sobre Dios. Entendía el orden del universo como parte de una creación inteligible y consideraba que la filosofía natural podía contribuir al conocimiento de ese orden.

La crisis de 1693

En el verano de 1693 Newton atravesó una grave crisis personal, descrita habitualmente por sus biógrafos como una crisis nerviosa. Durante varias semanas sufrió un insomnio extremo, irritabilidad y una notable alteración de su comportamiento. En septiembre escribió a John Locke una carta en la que le atribuía intenciones hostiles y posteriormente se disculpó, explicando que durante una quincena apenas había dormido y que había pasado cinco noches consecutivas sin conciliar el sueño.

A finales de aquel año había recuperado la estabilidad. Se han propuesto diferentes explicaciones para el episodio, desde agotamiento e insomnio hasta problemas derivados de sus intensos trabajos químicos, pero no existe base suficiente para establecer retrospectivamente una causa médica única. El episodio resulta importante porque revela una dimensión de Newton que queda oculta tras la imagen monumental del sabio: su extraordinaria capacidad de concentración convivía con una personalidad reservada, desconfiada y muy vulnerable a los conflictos personales.

De Cambridge a la Casa de la Moneda

Newton intervino también en la vida pública. En 1687 participó en la resistencia de la Universidad de Cambridge frente a las pretensiones del rey Jacobo II. Tras la Revolución Gloriosa fue elegido representante de Cambridge en el Parlamento en 1689 y volvió a ocupar brevemente un escaño en 1701.

En 1696 dejó en la práctica su vida académica para trasladarse a Londres como Warden of the Royal Mint, la Casa de la Moneda. En 1699 fue nombrado Master of the Mint, puesto de mayor autoridad que conservó hasta su muerte.

No trató estos cargos como simples puestos honoríficos. Participó activamente en la gran reacuñación monetaria destinada a sustituir las deterioradas monedas de plata inglesas y dedicó considerable esfuerzo a combatir la falsificación. Recabó declaraciones, utilizó informantes y preparó personalmente pruebas contra redes de falsificadores, mostrando una capacidad administrativa y jurídica muy distinta de la imagen habitual del investigador recluido entre libros.

Presidente de la Royal Society y grandes disputas

En 1703 fue elegido presidente de la Royal Society, cargo que mantuvo hasta su muerte. En 1704 publicó Opticks y en 1705 la reina Ana lo nombró caballero. Supervisó además la segunda edición del Principia, aparecida en 1713, y la tercera, publicada en 1726.

Su creciente poder institucional agravó algunas de sus disputas. La controversia con Leibniz sobre la prioridad del cálculo culminó en la investigación de la Royal Society que dio lugar al Commercium Epistolicum. El informe fue elaborado en 1712 y los ejemplares completos comenzaron a circular a comienzos de 1713. Aunque se presentó como dictamen de una institución científica, Newton, entonces presidente de la Royal Society y parte directamente interesada en la disputa, intervino de forma sustancial en su preparación y en la defensa posterior de sus conclusiones.

También fue especialmente áspero su conflicto con el astrónomo real John Flamsteed. Newton necesitaba sus precisas observaciones astronómicas para perfeccionar los cálculos lunares y otros problemas gravitatorios, mientras Flamsteed se resistía a publicar sus datos antes de considerarlos completamente revisados. La relación se deterioró hasta convertirse en una lucha por el control de aquellas observaciones.

Desde su posición al frente de la Royal Society, Newton participó en las presiones para acelerar la publicación. En 1712 apareció, bajo la edición de Halley, una versión incompleta de la Historia Coelestis realizada contra los deseos de Flamsteed y con errores que este consideraba inaceptables. Años después, Flamsteed logró recuperar unos trescientos ejemplares no distribuidos y destruyó buena parte de ellos. El episodio muestra una faceta menos cómoda de Newton: su defensa de la prioridad científica y de sus propios proyectos podía llevarlo a utilizar con dureza el considerable poder institucional que había acumulado.

Vida personal y últimos años

Newton nunca contrajo matrimonio y no tuvo hijos. Su vida privada permanece menos documentada que su actividad científica, religiosa y administrativa. Durante su etapa londinense mantuvo una relación estrecha con su sobrina Catherine Barton, que formó parte de su círculo doméstico y social y posteriormente se casó con John Conduitt, colaborador y sucesor de Newton en la Casa de la Moneda.

Con el paso de los años su reputación internacional siguió creciendo. Al mismo tiempo, su carácter podía mostrarse severo, reservado y competitivo. Las prolongadas controversias con Hooke, Leibniz y Flamsteed reflejan tanto la intensidad con que defendía sus resultados como su extraordinaria preocupación por la prioridad, la autoría y el control de la información científica.

Isaac Newton murió en Kensington, Londres, el 20 de marzo de 1727 según el calendario juliano, fecha equivalente al 31 de marzo en el calendario gregoriano. Fue enterrado en la abadía de Westminster.

Recepción e influencia en la Ilustración

El Principia no fue asimilado inmediatamente ni de manera uniforme. Su dificultad matemática limitó inicialmente el número de lectores capaces de seguir sus demostraciones, y en el continente europeo las concepciones cartesianas y posteriormente las leibnizianas continuaron ofreciendo alternativas influyentes. La idea de una gravitación que actuaba entre cuerpos separados provocó además objeciones filosóficas acerca de la naturaleza de las fuerzas y la posibilidad de una acción a distancia.

Durante el siglo XVIII, sin embargo, el éxito de la mecánica newtoniana y su capacidad para explicar y predecir fenómenos astronómicos hicieron que el newtonianismo se convirtiera en una de las corrientes intelectuales decisivas de la Ilustración. Su influencia desbordó la física. Filósofos y escritores trataron de extender a otros campos lo que interpretaban como el «método de Newton»: partir de los fenómenos, evitar hipótesis gratuitas y buscar principios generales capaces de explicar una gran variedad de observaciones.

Sus ideas fueron difundidas, discutidas y reformuladas por numerosos autores europeos. La física matemática posterior desarrolló sus resultados con herramientas analíticas cada vez más potentes, y los debates sobre fuerza, causalidad, espacio, tiempo y método científico ocuparon un lugar central en la filosofía del siglo XVIII. Newton dejó así de ser solamente el autor de una teoría astronómica para convertirse en una referencia intelectual de alcance europeo.

Legado

La importancia de Newton no reside en un único descubrimiento. Su gran aportación consistió en reunir matemáticas, observación y principios físicos dentro de una estructura capaz de producir predicciones y explicar fenómenos que hasta entonces parecían pertenecer a dominios diferentes.

Durante más de dos siglos, sus leyes del movimiento y la gravitación universal proporcionaron el armazón fundamental de la física y la astronomía. La relatividad de Einstein redefinió posteriormente el espacio, el tiempo y la gravedad, mientras la física cuántica estableció otros límites a la descripción clásica de la naturaleza. Ninguno de esos cambios hizo inútil la mecánica newtoniana: dentro de su dominio de aplicación continúa siendo una herramienta esencial de la ciencia, la ingeniería y la tecnología.

Su obra tampoco surgió en el vacío. Newton trabajó sobre una transformación de la ciencia iniciada por figuras como Galileo, Kepler, Descartes, Christiaan Huygens, Hooke y otros investigadores del siglo XVII. Su singularidad estuvo en llevar muchos de aquellos problemas a un grado de unificación matemática que no se había alcanzado antes.

Después de Newton, la caída de una piedra y la órbita de un planeta podían comprenderse como manifestaciones de las mismas leyes de la naturaleza.

Obras principales

De analysi per aequationes numero terminorum infinitas — redactado en 1669; publicado en 1711.

Methodus fluxionum et serierum infinitarum — redactado en 1671; publicado póstumamente en traducción inglesa como The Method of Fluxions and Infinite Series en 1736.

Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica — 1687; segunda edición en 1713 y tercera en 1726.

Opticks — 1704.

Arithmetica Universalis — 1707.

The Chronology of Ancient Kingdoms Amended — publicada póstumamente en 1728.

Observations upon the Prophecies of Daniel, and the Apocalypse of St. John — publicada póstumamente en 1733.