Pero está aceptado que lo que se conoció como la ley de la gravitación universal, el principio que explica por qué caen las cosas, fue formulado por él en la obra ‘Philosophiae Naturalis Principia Mathematica’, en 1687.

Aunque, obviamente, las cosas ya se caían antes de Newton. ¿Cómo entonces explicaban este fenómeno aquellos que se dedicaban a pensar? ¿Qué explicación tenía, hasta el siglo XVII, lo que ahora llamamos gravedad?

Muchos años después de Newton, el físico Albert Einstein (1879-1955) diría que “la gravedad es lo primero en lo que no pensamos“. Porque nos parece natural esa idea de que una piedra tirada cae, que una fruta que no se toma del árbol también cae y, bueno, que un tropiezo tonto es presagio de una caída.

En el libro “¿Por qué se caen las cosas? Una historia de la gravedad”, publicado por Zahar en 2009, los astrónomos Alexandre Cherman y Bruno Rainho Mendonça parten de la observación de que la gravedad, sin duda, “es especial”.

“Si no fuera así, ¿cómo explicar que los dos mayores genios de la ciencia, Isaac Newton y Albert Einstein, se dedicaran a ella? Y no solo eso: fueron elevados a esta condición de genios precisamente porque habían vislumbrado parte de sus secretos”, escribe Cherman.

Desde Grecia hasta la India

Según el astrónomo, la importancia de la gravedad reside en dos factores: es universal, “para usar una palabra querida por Newton”, y general, “para usar un término querido por Einstein”.

Universal y general. ¿Cómo se explicaba entonces?

Si tenemos que retroceder en la historia de la ciencia, vayamos hasta Aristóteles (384 a. C. – 322 a. C.) porque el sabio griego es considerado uno de los pensadores más influyentes de la historia occidental, y gran parte de la lógica misma del pensamiento científico se debe a sus prerrogativas.

“Él separó un poco los fenómenos de los elementos, y entendió que había una tendencia natural del objeto que pertenecía a cierto elemento a volver a la posición de ese elemento”, le explica a la BBC el físico Rodrigo Panosso Macedo, investigador de posdoctorado del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, en Dinamarca.

“Entonces, si un objeto estaba hecho de tierra, su tendencia natural sería volver a caer hacia la tierra, y por eso caería. Un objeto hecho de aire gaseoso tendría una tendencia natural a volver a caer en el aire, por lo que se elevaría”.

En el libro del que es coautor, el astrónomo Mendonça retrocede un poco más en el tiempo y cita algunas referencias a la comprensión del fenómeno por parte de estudiosos hindúes incluso antes de Aristóteles.

Una representación pictórica posiblemente del siglo VIII a. C. revela que los filósofos de allí ya creían que la gravitación mantenía unido al Sistema Solar y que el Sol, como la estrella más masiva, debería ocupar la posición central en el modelo.

“Otro registro interesante también realizado en la antigua India se puede encontrar en el trabajo de un sabio hindú llamado Kanada, que vivió en el siglo VI aC”, describe. “Fue él quien fundó la escuela filosófica de Vaisheshika“.

Rainho Mendonça explica que Kanada asoció “el peso” con la caída, entendiendo al primero como la causa del fenómeno. “La intuición del sabio hindú iba por buen camino, pero aún quedaba mucho por recorrer en términos conceptuales”.

Lugar natural

El astrónomo coincide, sin embargo, en que el punto cero en el concepto de gravedad hay que atribuirlo a Aristóteles, “porque aunque su obra sobre este tema no representa la realidad actual, el conocimiento difundido por esta perduró muchos siglos después de su muerte”.

“Hasta la modernidad, con las nuevas investigaciones y teorías desarrolladas en el Renacimiento (…), la física aristotélica predominó en muchos centros de estudio de la Antigüedad y la Edad Media”, le explica a la BBC el físico, filósofo e historiador José Luiz Goldfarb, profesor de Historia de la Ciencia en la Pontificia Universidad Católica de São Paulo (PUC-SP).

“Él explicó la caída de los cuerpos por la idea de que la Tierra era el centro del Universo y los cuerpos pesados ​​tendían a ocupar su lugar natural en este centro”.

En otras palabras, Goldfarb indica que esta idea es como “decir que las cosas caen cuando están sueltas, ya que tienden a ocupar su lugar natural en el centro del Universo, la Tierra”.

Etimológicamente, es interesante notar que la palabra gravedad deriva del latín “gravis”; por lo tanto, tiene el mismo origen que la palabra grave. Su campo semántico va desde “pesado” hasta “importante”, incluyendo significados como “poderoso”.

Según el “Diccionario Etimológico de la Lengua Portuguesa”, del filólogo y lexicógrafo Antônio Geraldo da Cunha (1924-1999), el término “gravedad” ya aparece desde el siglo XIII, pero las variaciones “gravitar” y “gravitación” sólo aparecen en el siglo XVIII, indicando una consecuencia de la física newtoniana sobre las terminologías.

En un texto firmado por Cherman en “¿Por qué caen las cosas?”, hay una digresión sobre el término en sánscrito para gravedad: “gurutvaakarshan”. “Nótese el comienzo de la palabra: ‘guru’. Es precisamente el término utilizado para designar a los respetados maestros espirituales y líderes religiosos del hinduismo”, dice.

“Y, en una vuelta de tuerca, también deriva del griego ‘barus’ (pesado), origen de la palabra ‘barítono’ (voz grave)”, añade el astrónomo.

En un capítulo escrito por Rainho Mendonça en el mismo libro, se explica que el uso del término latino “gravis” para designar el fenómeno de la gravedad comenzó en el siglo VIII, con las traducciones de tratados científicos del mundo árabe a Europa.

“Y así surge el término que es objeto de nuestro estudio: gravedad”, dice el investigador. “Y en el contexto que nos interesa, porque al referirse a objetos de gran peso, las traducciones latinas usaban la palabra cuya raíz es el adjetivo ‘gravis’, grave, que significa ‘pesado'”.

“No es posible precisar la primera vez que se utilizó este término”, comenta el autor. Para él, la aparición de las primeras universidades europeas, donde el latín era el idioma oficial en ese momento, contribuyó a la difusión de la nueva nomenclatura. “En las universidades de Bolonia, París, Oxford, entre otras, que utilizaron la mayoría de esas obras (en árabe) traducidas”.

Avances

Si bien predominó el pensamiento aristotélico, especialmente en el mundo occidental, y la Edad Media terminaría siendo conocida como la “edad oscura” en cuanto a la evolución del conocimiento, es innegable que hubo avances científicos en los 2,000 años que separan a Aristóteles y Newton.

“Hoy, los historiadores de la ciencia son capaces de detectar pensadores de la Antigüedad y la Edad Media que ya elaboraron ideas más cercanas a la teoría newtoniana que a la física aristotélica, aunque oficialmente prevaleció la teoría del filósofo griego”, señala Goldfarb.

El libro “¿Por qué se caen las cosas?” proporciona una descripción general de este escenario. El astrónomo Mendonça cita, por ejemplo, las investigaciones del filósofo árabe Abu Yusuf al-Kindi (801-873). “En su tratado ‘Sobre los Rayos (Solares)’, declaró que las estrellas ejercen una fuerza sobre los objetos y sobre las personas”, dice.

“Esta fuerza estaría asociada a la radiación de las estrellas, que se propagaría en línea recta por el espacio e influiría en las cosas de la Tierra”, dice el astrónomo.

Un poco más tarde, el filósofo de origen judío Solomon Ibn Gabirol (1021-1058) también abordó el tema, “con un razonamiento simple pero incipiente”, como señala Rainho Mendonça.

Su contribución fue la noción de inercia. “Según él, las sustancias extensas y pesadas serían más inmóviles que las más ligeras”, explica.

El filósofo y astrónomo iraní Abd al-Rahman al-Khazini (1077-1155) planteó la idea de que los cuerpos pesados ​​que caen siempre se mueven hacia el centro del planeta. “Sin embargo, aún más interesante fue su propuesta de que el ‘thiql’ (en árabe, que muchos autores traducen como ‘gravedad’) de los cuerpos dependía de su distancia al centro de la Tierra”, añade.

Fuerzas motrices

Aunque hubo muchas teorías en ese período de tiempo, prevaleció una idea que, en cierto modo, está muy cerca del concepto de inercia. Como explica a la BBC el físico Fábio Raia, profesor de la Universidad Presbiteriana Mackenzie, en Brasil, “la teoría más difundida (…) era la teoría del ímpetu (…), que decía que el movimiento continuo de un cuerpo se debe a la acción de la fuerza”.

“Cuando eso cesara, el cuerpo volvería a su estado de movimiento natural”, aclara.

El astrónomo Mendonça destaca, en este sentido, el papel fundamental del filósofo alejandrino Iohannes Philoponus (490-570).

“Según él, al ser lanzado, un cuerpo recibe una especie de fuerza motriz, que sería transferida desde el lanzador al proyectil, permaneciendo en él incluso después del final del contacto. Con el tiempo, tal ‘fuerza’ se disiparía espontáneamente, provocando terminar el movimiento”, explica.

En el caso de la caída de objetos, sin embargo, Philoponus ya entendió que esta fuerza era causada por algo que hoy se define como gravedad.

“Según esta idea, la Tierra ejercía una atracción sobre los objetos, que los arrastraba hacia su centro”, le aclara a la BBC el filósofo Andrey Albuquerque Mendonça, profesor de la Escuela Superior de Publicidad y Marketing de São Paulo (ESPM-SP).

El filósofo recuerda, sin embargo, que hubo voces disonantes, como la del filósofo y teólogo francés Jean Buridan (1301-1358) que “propuso una teoría alternativa para explicar la caída de los objetos”.

“Él argumentaba que los objetos caían debido a una fuerza interna que los empujaba hacia abajo, pero no podía explicar qué causaba esta fuerza”.

Tanto Leonardo da Vinci (1452-1519) como Galileo Galilei (1564-1642) estudiaron la caída de objetos. Como afirma Albuquerque Mendonça, el primero “proponía que la velocidad de caída dependía de la densidad del objeto y de la resistencia del aire”, mientras que el segundo “determinaba que todos los objetos caían con la misma aceleración, independientemente de su peso”.

Ninguno de ellos, sin embargo, logró llegar a una ley universal para explicar este fenómeno.

El avance de Newton fue genial porque logró, ciertamente con el conocimiento acumulado por sus predecesores, no solo comprender una fuerza universal y fundamental, sino también convertirla en un fenómeno explicable.

Fue una verdadera revolución científica. “Incorporó nuevos conceptos cosmológicos a sus teorías, alejándose del universo aristotélico”, resume Goldfarb.

“Así ya no se pensó en la caída al lugar natural, sino que surgió el concepto de la atracción entre los cuerpos, la ley de la gravitación: la materia atrae a la materia en razón directa de las masas y por la inversa del cuadrado de la distancia entre los cuerpos”.

Según el profesor, fue entonces cuando se dejó de “pensar en tendencias para ocupar el lugar natural” y se pasó a “comprender los movimientos de caída de los cuerpos como resultado de la acción de la fuerza que la Tierra ejerce sobre los cuerpos”.

“Podemos concluir que la mecánica introducida por Newton implicó profundas alteraciones en la forma en que el mundo moderno comenzó a concebir el cosmos, los cuerpos y las leyes que rigen sus movimientos”, concluye.

Sus ideas no solo transformaron nuestro conocimiento de lo que vemos, sino que revolucionaron la forma en la que nos comunicamos.

Y el prisma y sus colores del arco iris se han convertido en una imagen artística cautivadora.

Pero ¿cómo descubrió las propiedades reales de la luz?

¿Y cómo su trabajo se convirtió en una gran influencia en la ciencia y el arte durante siglos?

El secreto de la luz

¿Por qué la comprensión de la luz era tan importante para Newton?

Una respuesta es que se dio cuenta de que solo podíamos ver y examinar la naturaleza gracias a la luz, por lo que quería investigar el medio que hacía posible todos los otros quehaceres científicos.

Otra, es que nadie más había logrado revelar su secreto.

Los científicos habían estado investigando las propiedades de la luz durante 2.000 años.

Sabían que la luz viaja en línea recta y que vemos los objetos debido a los rayos de luz que rebotan en ellos.

Pero se pensaba que la luz del Sol blanca era pura y sospechaban que los colores debían ser una modificación de ella.

Para él, esa explicación no era satisfactoria.

A casa

La decisión de Newton de investigar el tema de la luz coincidió con una epidemia nacional que lo expulsó de la universidad.

Como dice un registro de la universidad: Ha agradado al Dios Todopoderoso visitar la ciudad de Cambridge con una plaga de peste.

Newton tuvo que huir de Cambridge así que regresó a su hogar, Woolsthorpe Manor, en Lincolnshire.

En la casa de su familia, se embarcó en algunos de los experimentos más importantes de su carrera.

Se dice que Newton amaba las manzanas, y allá estaba el árbol bajo el cual supuestamente se sentó cuando una de esas frutas lo golpeó en la cabeza y comprendió todo el significado de la gravedad.

Allá también es donde Newton descubrió el cálculo, que le ayudó a medir la velocidad cambiante de una manzana al caer.

Algunos de sus experimentos fueron realmente peligrosos.

En una ocasión deslizó un una aguja grande y plana: “entre mi ojo y el hueso lo más cerca posible de la parte posterior de mi ojo”.

Aterrador, pero lo que hizo fue alterar la curvatura de la retina, y cuanto más empujaba, más anillos de color veía. Al manipular su ojo, la luz se refractaba.

Esa obsesión loca surgió de la convicción de Newton de que la verdad sobre la luz y el color aún no se había encontrado, e hizo todo lo posible para descubrirla.

Experimentum crucis

“En una recámara muy oscura, en un agujero redondo de aproximadamente un tercio de pulgada de ancho, coloqué un prisma de vidrio por el cual el rayo de luz del Sol que entraba por ese agujero podía ser refractado hacia la pared opuesta del cámara y allí formar una imagen coloreada”, escribió Newton.

E hizo un diagrama con pluma y tinta en el revés de un trozo de papel en el que había tomado notas que no tenían nada que ver con la luz, ni siquiera eran sobre ciencia, sino con teología y sus pensamientos sobre el Antiguo Testamento.

Y es que, en ese entonces, no se solía desperdiciar papel, pues era un bien muy valioso.

En el New College de la Universidad de Oxford tienen el boceto original que muestra cómo fue:

Se llamaexperimientum crucis o experimentocrucial.

Aunque es esquemático y parece algo hecho apresuradamente, ese simple diagrama es una imagen fundamental en la historia científica, un momento gráfico en el que el mundo antiguo fue derrocado por la ciencia moderna.

En detalle

Lo que Newton nos muestra es su habitación, en la que una fuente de luz solar pasa por un pequeño orificio, el obturador (1), es enfocada por una lente (2) y atraviesa el prisma que está sobre la mesa (3).

Es ahí donde sucede la magia.

Al pasar a través del prisma, la luz blanca se divide o refracta en sus colores constituyentes, que luego se proyectan en una pequeña tabla que Newton dibujó en la parte posterior (4).

Hoy pensamos en el espectro formado por siete colores, pero Newton no estaba muy seguro de eso. A veces escribió sobre cinco colores, seis, otras veces siete.

En este pequeño diagrama dibujó cinco colores.

Como se había argumentado que en realidad era el prisma el que producía los colores, Newton ideó la segunda parte de este experimento.

El diagrama nos muestra que el tablero de los colores tiene un agujero (5) para seleccionar un color y dirigirlo hacia otro prisma que está detrás (6).

Al pasar a través del segundo prisma, el color no cambia: el rojo permanece rojo, el azul permanece azul.

Newton había descubierto una ley fundamental de la naturaleza y la escribió en latín (7).

Nec variat lux fracta colerem o “la luz refractada no cambia de color”.

El experimento crucial demostró que la luz blanca estaba compuesta de múltiples colores y que los colores que vemos en el arco iris son inmutables.

Extraño pero cierto

El trabajo que Isaac Newton realizó en Woolsthorpe, sobre la gravedad, el cálculo y la luz, lo convertiría en el arquitecto de toda la ciencia del futuro.

Cuando regresó a Cambridge, comenzó a refinar sus teorías.

Sin embargo, nadie estaba de acuerdo con él. Su teoría era increíblemente inusual.

Estaba diciendo que la luz blanca se componía de una serie de rayos de colores primarios que se unen, mientras que todos los demás afirmaban que los colores eran modificaciones confusas de la luz blanca.

Todos los demás estaban equivocados.

Pero, si Newton había resuelto el misterio de la luz ¿cuáles eran las implicaciones? ¿Fue solo un avance teórico abstracto o hubo usos prácticos?

Pues en 1668, Newton se dio cuenta de que los avances que había logrado con la luz y el vidrio podrían ayudarlo a resolver un problema que había acosado a los astrónomos de todo el mundo.

La revolución científica de mediados de 1600 había dependido de telescopios refractores, del tipo que usaba Galileo para examinar las estrellas.

Pero tenían un problema con la aberración cromática: cuando la luz golpeaba la lente, se refractaba, creando un desenfoque de color.

Para Newton, la luz era la clave para ver la naturaleza, así que un telescopio preciso era esencial.

Decidió crear un telescopio reflector con espejos, que medía apenas 15 centímetros de largo, pero tenía un aumento de 40 veces su diámetro.

Un telescopio refractor equivalente en ese momento medía casi dos metros de largo.

Su comprensión de la refracción fue la clave para lograr el telescopio perfecto.

Se dijo que por sí sólo había revolucionado la ciencia de la óptica.

Estaba en camino de convertirse en un genio reconocido a los 28 años.

Pero tenía sus críticos.

El poeta John Keats sintió que Newton había “reducido la belleza de la luz a un mero evento creado por partículas”.

“Una filosofía fría que destejerá el arcoíris“.

¿Por qué es importante el experimento crucial?

Porque por primera vez supimos que la luz blanca en realidad estaba compuesta de múltiples colores.

Esa información influyó en el trabajo de otros, como el científico de fines del siglo XIX James Clerk Maxwell.

Lo hizo en su descubrimiento de todo espectro electromagnético, sin el cual no tendríamos comunicaciones modernas.

Al revelar las propiedades reales de la luz y el color, Newton hizo posible desarrollar fibra óptica, tecnología láser y holografía.

350 años después de que Newton dibujara su diagrama, su influencia todavía se siente, se extiende y toca incluso ramas de la ciencia completamente nuevas como el comportamiento cognitivo.

Ese pequeño boceto dibujado a mano en un trozo de papel usado no solo revolucionó el pensamiento científico, sino que también nos dio una imagen bella, inolvidable y perdurable.