La ciencia en sus comienzos, fue debida al amor al mundo. Se percibía la belleza de las estrellas y del mar, de los vientos y de las montañas. Porque se amaban todas esas cosas, las ideas se adecuaban a las teorías permitidas de la época, aunque siempre la curiosidad buscaba entender más íntimamente que lo que la mera contemplación exterior hacía posible.
A través de la historia, hemos visto que el concepto de universo, ha pasado de una interpretación divina, o religiosa, a una de forma racional. Recordemos que la filosofía de la física pretende interpretar al universo desde el punto de vista del espacio, el tiempo, la materia, el movimiento y las fuerzas; siempre impulsado entre dos actitudes contrapuestas: Confianza y seguridad en sus propios postulados y de inseguridad en los resultados obtenidos.
Las leyes de Isaac Newton no son producto de deducciones matemáticas, sino una síntesis que los físicos han descubierto al realizar un sinnúmero de experimentos con cuerpos en movimiento. Newton usó ideas y observaciones que muchos científicos hicieron antes que él, como Copérnico, Brahe, Kepler y muy especialmente Galileo Galilei. Dichas leyes son fundamentales porque no pueden deducirse ni demostrarse a partir de otros principios. Ahora, vayamos a las preguntas importantes:
¿Por qué los objetos se mueven como lo hacen? ¿Qué hace que un cuerpo en reposo comience a moverse?
La física newtoniana toma como punto de partida un universo constituído por partículas de materia de tamaño microscópico extensos, y por espacio vacío. Estas partículas microscópicas tenía la posibilidad de interactuar por contacto y también por distancia, ejerciendo fuerzas gravitatorias proporcionales a su masa e instantáneamente sobre los demás.
Con este esquema, un Newton, susceptible y enemigo de controversias que no gustaba de publicar sus trabajos por la exposición a la crítica, se vio forzado a hacerlo a instancias de su gran amigo Edmund Halley. Durante veintiún años se contentó con pensar sobre su teoría y perfeccionarla gradualmente hasta que publicó en 1687 su Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural) sus leyes de movimiento.
Eso sí es reflexionar por mucho tiempo, ningún moderno se hubiera atrevido a hacer semejante cosa, ya que veintiún años es bastante para cambiar completamente el paisaje científico.
Para la creación de la teoría del movimiento, Isaac Newton necesitó de dos ideas propias y tres cantidades.
La primera idea fue la de reflexionar sobre el problema central de la mecánica, y esta idea fue la del cambio de estado de movimiento; y la segunda idea fue que el cambio de estado de movimiento, sólo puede producirse por la acción recíproca de dos objetos, y en dicho proceso se alteran las cantidades de movimiento o al menos la de alguna de ellos. Las tres cantidades que Newton necesitó fueron: aceleración, fuerza y masa.
La aceleración ya había sido estudiada por Galileo y como resultado había obtenido que era la medida cuantitativa de la variación del movimiento. Por otro lado, la fuerza se concebía como la medida del poder del agente que causa el cambio, la fuerza como algún tipo de empuje (o de jalón) sobre un objeto. La masa es la propiedad de un objeto que específica cuanta resistencia muestra un objeto para cambiar su velocidad.
Sólo una mente abstracta y educada podría haber entendido esos conceptos en su estado más puro; para su época, representó un salto de magnitudes gigantescas en la concepción de la filosofía natural.
Primera Ley de Newton
Explicado lo anterior, ¿Qué le sucede a un objeto cuando sobre él NO actúa alguna fuerza? ¿Qué se comprende cuando un cuerpo permanece en reposo o se mueve en línea recta? En ese momento, se percibe la primera ley de movimiento de Newton, llamada ley de la inercia, que puede enunciarse cómo:
«Un cuerpo permanece en estado de reposo, o de movimiento rectilíneo uniforme, en tanto no exista una fuerza alguna que altere dicho estado»
Muy al contrario de lo que pregonaba el gitano Melquíades en Cien años de soledad en el realismo mágico de García Márquez, un cuerpo no puede moverse por sí mismo; no tiene ánima; necesita de algo externo para producir una acción de movimiento.
Básicamente, cuando ninguna fuerza actúa sobre un objeto, la aceleración del objeto es cero. Por lo tanto, se puede concluir que un objeto que acelera debe experimentar una fuerza. Y fuerza es todo aquello que causa un cambio en el movimiento de un objeto.
Segunda Ley de Isaac Newton
Ahora pensemos en otra pregunta, ¿Qué le sucede a un objeto que tiene una o más fuerzas que actúan sobre él? ¿Qué sucede cuando se le aplica una fuerza a un objeto? Newton percibió que, en estas circunstancias, la velocidad del objeto cambiará. Como un cambio de velocidad es una aceleración, se puede decir que una fuerza provoca aceleración. Pero la aceleración también depende de la masa del objeto. A mayor masa, menos acelera el objeto.
La relación matemática, como Newton argumentó establece que la aceleración de un objeto es inversamente proporcional a su masa. Esto nos lleva a la segunda ley de Newton del movimiento:
«El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz externa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime».
Esta ley explica las condiciones necesarias para modificar el estado de movimiento o reposo de un cuerpo. Según Newton estas modificaciones solo tienen lugar si se produce una interacción entre dos cuerpos, entrando o no en contacto (por ejemplo, la gravedad actúa sin que haga contacto físico.) El modelo matemático de la segunda ley de Newton generalmente se expresa como:
F=ma
¿Y de dónde vienen esas fuerzas? Las observaciones sugieren que una fuerza aplicada a cualquier objeto siempre es aplicada por otro objeto. Un caballo jala a una carreta, una persona empuja un carro de supermercado. En cada uno de éstos ejemplos la fuerza es ejercida por otro factor externo.
Tercera ley de Isaac Newton
Podemos decir que un cambio de estado de movimiento requiere la interacción mutua de dos o más cuerpos, al efectuarse la interacción entre cuerpos, éstos pueden no ser afectados de igual forma, ¿por qué? Podría el afectado ser el más ligero o el de menos masa. Pero una fuerza ya sea por contacto o por distancia, no puede aparecer por sí sola. Así pues, las fuerzas realmente aparecen por parejas; en consecuencia, las fuerzas de acción y reacción serán agentes imprescindibles de una interacción. Basados en lo anterior podemos enunciar la tercera ley de movimiento de Newton o la llamada ley de acción y reacción, como sigue:
«A toda acción corresponde una reacción de igual magnitud, colineal y con sentido contrario».
Cuando un martillo golpea un clavo ejerce una fuerza de acción sobre él. Pero el clavo también reacciona empujando hacia atrás al martillo.
En todos los casos debe haber una fuerza de acción y una de reacción. Siempre que dos cuerpos interactúan, la fuerza ejercida por el segundo sobre el primero (la fuerza de reacción) es igual en magnitud pero de sentido contrario a la dirección de la fuerza ejercida por el primer cuerpo sobre el segundo (la fuerza de acción).
Las leyes de movimiento, no fueron el trabajo más sobresaliente de Newton, la ley de la gravitación universal, puso orden al universo», tanto que los propios colegas decían que había desnudado los secretos de Dios. Exactamente, un hombre nervioso y timorato, percibió la naturaleza como ningún otro ser humano jamás.
Isaac Newton ha sido el más grande científico que ha existido, las palabras de Lagrange no son erróneas, pues las leyes del movimiento constituyen la base de la mecánica clásica explicando desde el movimiento de los planetas, moléculas orgánicas, hasta los proyectiles artificiales creados por los seres humanos, además, toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas, ¿poca cosa, no?
Pero aquí, hay un punto muy importante que mencionar, las leyes de Isaac Newton requieren modificación en situaciones que implican rapideces muy altas cercanas a la velocidad de la luz o para tamaños muy pequeños dentro del átomo, de eso se encarga respectivamente la mecánica relativista y la mecánica cuántica. Hasta ahora ninguna teoría ha sido capaz de unificar todos los campos de la física. El primer problema en producir una teoría del todo, es que las teorías aceptadas actualmente son radicalmente diferentes entre sí y hasta ahora, de cierta manera, incompatibles.
Isaac Newton, fue el más grande genio que ha existido y también el más afortunado, dado que solo se puede encontrar una vez un sistema que rija el mundo. Sin duda, estamos a hombros de un gigante para seguir la tarea de entender al universo.
