Fue en el siglo XX (al observar partículas subatómicas que, en los grandes aceleradores de partículas, se movían a velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo) cuando se empezaron a encontrar aumentos de masa que eran suficientemente grandes para poder detectarlos. Un cuerpo que se moviera a unos 260.000 Km por segundo respecto a nosotros mostraría una masa dos veces mayor que cuando estaba en reposo (siempre respecto a nosotros).

En el universo todo es cambiante. Hasta “la nada” es cambiante. La energía que lo integra, que es parte de la misma materia, también es cambiante. Se transforma de una a otra. No se destruye. Cambia y evoluciona. El cuerpo humano es una gran máquina transformadora de energía porque es energía pura. El universo, en más del setenta por ciento, es energía. Vivimos y formamos parte de un universo repleto de energía. Y en ese universo variable y lleno de energía existen multitudes de formas de comunicación, entre otras, la del intercambio de energía entre los objetos que pueblan el espacio “infinito”.

Nos comunicamos con el Sol que nos manda su energía para hacer posible nuestra presencia aquí, en el planeta Tierra. La energía que se comunica a un cuerpo libre puede integrarse en él de dos maneras distintas:

1. En forma de velocidad, con lo cual aumenta la rapidez del movimiento.
2. En forma de masa, con lo cual se hace “más pesado”.

La división entre estas dos formas de ganancia de energía, tal como la medimos nosotros, depende en primer lugar de la velocidad del cuerpo (medida, una vez más, por nosotros). Si el cuerpo se mueve a velocidades normales, prácticamente toda la energía se incorpora a él en forma de velocidad: se moverá más aprisa sin cambiar su masa.

A medida que aumenta la velocidad del cuerpo (suponiendo que se le suministra energía de manera constante) es cada vez menor la energía que se convierte en velocidad y más la que se transforma en masa. Observamos que, aunque el cuerpo siga moviéndose cada vez más rápido, el ritmo de aumento de velocidad decrece. Como contrapartida, notamos que gana más masa a un ritmo ligeramente mayor.

La luz, formada por cuantos llamados fotones, es tan rápida que nada en el Universo, la puede alcanzar. Sin embargo sí hay algo que la puede retener mediante la fuerza de Gravedad: Los agujeros negros tienen y emiten tal fuera de gravedad que hasta la luz, se ve confinada en ellos y no puede salir una vez atrapada por la singularidad.

Si aumentamos aún más la velocidad y el objeto se acerca  a los 299.792’458 Km/s., que es la velocidad de la luz en el vacío, casi toda la energía añadida entra en el objeto en movimiento en forma de masa. Es decir, la velocidad del cuerpo aumenta muy lentamente, pero la masa es la que sube a pasos agigantados. Hipotéticamente, en el momento en que se alcanza la velocidad de la luz, toda la energía añadida se traduce en masa.

El cuerpo no puede sobrepasar la velocidad de la luz porque para conseguirlo hay que comunicarle energía adicional, y a la velocidad de la luz toda esa energía, por mucha que sea, se convertirá en nueva masa, con lo cual la velocidad no aumentaría ni un ápice.

Si pudiéramos coger con los dedos, un muón que es lanzado por el Acelerador de partículas a velocidad cercana a la de la luz, veríamos como su masa a podido aumentar más de diez veces, toda vez que, la energía que se le ha inyectado no puede seguir convirtiéndose en velocidad más allá de la de la luz, y, el excedente, se convierte en masa. Todo esto no es pura teoría, sino que tal como ha sido comprobado, es la realidad de los hechos.

En el CERN se guardan las pruebas de que una partícula lanzada a velocidades cercanas a c, aumenta su masa. La velocidad de la luz es la velocidad límite en el universo. Cualquier cosa que intentara sobrepasarla adquiriría una masa infinita.

La velocidad de la luz, por tanto, es un límite en nuestro universo; no se puede superar. Siendo esto así, el hombre tiene planteado un gran reto, no será posible el viaje a las estrellas si no buscamos la manera de esquivar este límite de la naturaleza, ya que las distancias que nos separan de otros sistemas solares son tan enormes que, viajando a velocidades por debajo de la velocidad de la luz, sería casi imposible alcanzar el destino deseado.

Ninguna nave espacial, por los métodos convencionales, podrá alcanzar nunca la velocidad de la luz. Seguramente, los hombres inventarán otros procedimientos para que esas naves puedan burlar ese muro ahora infranqueable y, discurrirán otros caminos que nos posibiliten llegar hasta las estrellas.

Los científicos, físicos experimentales, tanto en el CERN como en el FERMILAB, aceleradores de partículas donde se estudian  los componentes de la materia haciendo que haces de protones o de muones, por ejemplo, a velocidades cercanas a la de la luz choquen entre sí para que se desintegren y dejen al descubierto sus contenidos de partículas aún más elementales.  Pues bien, a estas velocidades relativistas cercanas a c (la velocidad de la luz), las partículas aumentan sus masas; sin embargo, nunca han logrado sobrepasar el límite de c, la velocidad máxima permitida en nuestro universo.

Hemos tenido que construir máquinas inmensas para poder comprobar los efectos que se producen en un cuerpo cuando éste quiere ir más rápido que la luz. Lo predijo la teoría de la relatividad especial de Einstein y se ha comprobado despuès en los aceleradores de partículas: Nada va más rápido que la luz en nuestro Universo.

Es preciso ampliar un poco más las explicaciones anteriores que no dejan sentadas todas las cuestiones que el asunto plantea, y quedan algunas dudas que incitan a formular nuevas preguntas, como por ejemplo: ¿por qué se convierte la energía en masa y no en velocidad?, o ¿por qué se propaga la luz a 299.793 Km/s y no a otra velocidad?

La única respuesta que podemos dar hoy es que así es el universo que nos acoge y las leyes naturales que lo rigen, donde estamos sometidos a unas fuerzas y unas constantes universales de las que la velocidad de la luz en el vacio es una muestra.

A velocidades grandes cercanas a la de la luz (velocidades relativistas) no sólo aumenta la masa del objeto que viaja, sino que disminuye también su longitud en la misma dirección del movimiento (contracción de Lorentz) y en dicho objeto y sus ocupantes – si es una nave – se retrasa al paso del tiempo, o dicho de otra manera, el tiempo allí transcurre más despacio. A menudo se oye decir que las partículas no pueden moverse “más deprisa que la luz” y que la “velocidad de la luz” es el límite último de velocidad.

Pero decir esto es decir las cosas a medias, porque la luz viaja a velocidades diferentes dependiendo del medio en el que se mueve. Donde más deprisa se mueve la luz es en el vacío: allí lo hace a 299.792’458 Km/s. Este sí es el límite último de velocidades que podemos encontrar en nuestro universo.

                                    Fotones viajeros

Tenemos el ejemplo del fotón, la partícula mediadora de la fuerza electromagnética, un bosón sin masa que recorre el espacio a esa velocidad antes citada de 299.792.458 metros por segundo. Esa es también, el límite de la velcoidad en que podemos transmitir información en nuestro Universo. Y, si eso es así (que lo es), tenemos un problema de comunicación con nuestros hipotéticos vecinos galácticos situados a miles de millones de años-luz de nosotros que, si les enviamos un mensaje, nunca sabremos si lo recibirán, o, si para cuando el mensaje llegue, su mundo existe todavía.

Einstein en su teoría de la relatividad especial de 1.905, nos decía que en nuestro universo nada puede ir más rápido que la luz. También nos dejó dicho que masa y energía son dos aspectos de una misma cosa. Que la materia se puede convertir en energía  (muchos son los ejemplos que tenemos de ello, y, no todos son buenos)  pero,  ¿es posible hacer lo contrario y convertir energía en materia?

Sí sería posible convertir energía en materia, pero hacerlo en grandes cantidades resulta poco práctico. Veamos por qué: Según la teoría de Einstein, tenemos que E = mc², donde e representa la energía, medida en ergios, m representa la masa, medida en gramos, y c es la velocidad de la luz en centímetros por segundo.

Así que, en un gramo de materia podemos encontrar una gran cantidad de energía y para convertir la energía en materia, se necesitarían inmensas cantidades de energía, una fuente ilimitada que hoy no podemos tener y que, en el futuro, seguramente encontraremos para utilizarla en cuantas cosas podamos necesitar y, seguramente, una de ellas será esa: Convertir enegía en materia.

La luz se propaga en cualquier medio.

La luz se propaga en el vacío a una velocidad aproximada a los 30.000 millones (3×10¹⁰) de centímetros por segundo. La cantidad c² representa el producto c×c, es decir:

3×10¹⁰ × 3×10¹⁰, ó 9×10²⁰.

Por tanto, c² es igual a 900.000.000.000.000.000.000. Así pues, una masa de un gramo puede convertirse, en teoría, en 9×10²⁰ ergios de energía.

El ergio es una unida muy pequeña de energía que equivale a: “Unidad de trabajo o energía utilizado en el sistema c.g.s y actúa definida como trabajo realizado por una fuerza de 1 dina cuando actúa a lo largo de una distancia de 1 cm: 1 ergio = 10^-7 julios”. La kilocaloría, de nombre quizá mucho más conocido, es igual a unos 42.000 millones de ergios. Un gramo de materia convertido en energía daría 2’2×10¹⁰ (22 millones) de kilocalorías.  Una persona puede sobrevivir cómodamente con 2.500 kilocalorías al día, obtenidas de los alimentos ingeridos. Con la energía que representa un solo gramo de materia tendríamos reservas para unos 24.110 años, que no es poco para la vida de un hombre.

En el contexto del universo, hay energías que se convierten en masa. Esa difícil transformación, no resulta nada fácil de conseguir en un laboratorio manipulado por el hombre, Hay cosas que aún, se escapan a nuestras posibilides y a las de nuestros ingenios tecnológicos.

O digámoslo de otro modo: si fuese posible convertir en energía eléctrica la energía representada por un solo gramo de materia, bastaría para tener luciendo continuamente una bombilla de 100 vatios durante unos 28.200 años. O bien: la energía que representa un solo gramo de materia equivale a la que se obtendría de quemar unos 32 millones de litros de gasolina.

Nada tiene de extraño, por tanto, que las bombas nucleares, donde se convierten en energías cantidades apreciables de materia, desaten tanta destrucción. La conversión opera en ambos sentidos. La materia se puede convertir en energía y la energía en materia. Esto último puede hacerse en cualquier momento en el laboratorio, donde continuamente convierten partículas energéticas (como fotones de rayos gamma) en 1 electrón y 1 positrón sin ninguna dificultad. Con ello se invierte el proceso, convirtiéndose la energía en materia. Claro que, sólo lo hacemos en esas infinitesimales proporciones. Bueno, para empezar no está mal.

Estos personajes del futuro, tenían la posibilidad de obtener alimentos de una máquina que transformaba la energía en viandas. ¿Cuando será realidad tal logro? Sería una buena solución para muchas regiones de la Tierra. Sin embargo, lejos queda esa posibilidad futura.

Pero, lo que nosotros podemos lograr en ese plano,  sería hablar de una transformación de ínfimas cantidades de masa casi despreciable. ¿Pero podremos utilizar el mismo principio para conseguir cantidades mayores de materia a partir de energía?

Bueno, si un gramo de materia puede convertirse en una cantidad de energía igual a la que produce la combustión de 32 millones de litros de gasolina, entonces hará falta toda esa energía para fabricar un solo gramo de materia, lo que nos lleva al convencimiento de que no sería muy rentable invertir el proceso.

Ya arriba dejo la imagen de quellos viajeros espaciales de la Nave Enterprise, cuando tenían hambre, le piden a una dispensadora de alimentos lo que desean comer o beber, y la máquina, a partir de la energía, le facilita todo aquello que necesiten. La serie Star Trek, unas de las mejores que han sido realizadas, reflejan algunas licencias que como esta de la máquina dispensadora, no explican de dónde precede la fuente de energía que utilizan y, que según lo que se ve, tendría que ser inagotable.

Antes de que llegara Einstein, los físicos del siglo XIX creían que la materia y la energía eran dos cosas completamente diferentes. Materia es todo aquello que ocupaba un espacio y que poseía masa. Y al tener masa también tenía inercia y respondía al campo gravitatorio. La energía en cambio, no ocupaba espacio ni tenía masa, pero podía efectuar trabajo. Además, se pensaba que la materia consistía en partículas (átomos), mientras que la energía, se componía de ondas.

Por otra parte, esos mismos físicos del XIX creían que ni la materia ni la energía, cada una por su parte, podía ser creada ni destruida. La cantidad de materia del universo era constante, igual que la cantidad total de energía.  Había pues una ley de conservación de la energía y de conservación de la materia.

Albert Einstein, en 1.905, les demostró que la masa es una forma muy concentrada de energía. La masa podía convertirse en energía y viceversa.  Lo único que había que tener en cuenta era la ley de conservación de la energía. En ella iba incluida la materia.

Hacia los años veinte se vio además que no se podía hablar de partículas y ondas como si fuesen dos cosas diferentes. Lo que se consideraban partículas actuaban en ciertos aspectos como si de ondas se tratara, y lo que normalmente se consideraban ondas actuaban en ciertos aspectos como partículas.

Son muchos los experimentos que han demostrado la doble naturaleza de la luz

Así podemos hablar de ondas del electrón, por ejemplo; y también de partículas de luz, o fotones. Pero existe una diferencia entre la una y el otro, mientras que la partícula que denominamos electrón, posee una “masa en reposo” mayor a cero, los fotones por el contrario, no tienen masa alguna, por ese motivo, estas partículas se mueven siempre a una velocidad de 299.792’458 metros por segundo a través del vacío, no debemos olvidar que un fotón es una partícula de luz.

Estamos inmersos en un Universo palpitante, en el que todo es movimiento y energía, nada está estático y, hasta las más ínfimas partículas de materia, se mueven a velocidades alucinantes. Es una dinámica que está marcada, o, regida, por las leyes fundamentales, las fuerzas rigen el Cosmos infinito. Nosotros, siempre curiosos y deseosos de saber, buscamo en lo más profundo del SER del UNIVERSO, para desentrañar lo que es y lo que somos. ¿Lo conseguiremos algún día?

Eso, me lo podeis preguntar dentro de unos pocos millones de años, y, seguramente, aún no os sabría contestar.

emilio silvera

Fuentes: diversas obras de ciencia con una brizna de mi propio archivo mental.

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Como cada día desde hace ya algún tiempo, aquí dejamos un retazo sobre el saber del mundo, del Universo y del estudio de los cuerpos celestes y sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos y, sin duda, es la ciencia más antigua que nuestra especie conoce. Por otra parte, también hablamos maravillados de la capacidad de nuestra mente, la máquina más compleja que se conoce y que, para nuestro propio asombro, es capaz de generar pensamientos e imaginar el futuro que llegará. La vida, también ha ocupado una buena parte de nuestro tiempo en este lugar y hemos hablado de ella, de la que está presente en nuestro planeta y, de la posible “vida extraterrestre”, posibilidad enorme en este universo nuestro, y, con esas y otras cuestiones de interés, hemos hecho camino juntos, en armonía y siempre tratando de conseguir ese saber que es el sustento de nuestra enorme curiosidad. Claro que, la Física, esa disciplina que nos dice como funciona la Naturaleza, ocupó una gran parte del recorrido.

Estamos empeñado en acercar el Universo a todos, y, aquí recuerdo una de las frases utilizadas en la conmemoración del Año Internacional de la Astronomía: “El Universo para que lo conozcas”. Hemos logrado (al menos así lo creo) que algunas personas tengan ahora, después de pasar por aquí con cierta asiduidad,  nuevos conocimientos adquiridos a través de las lecturas de los trabajos aquí expuestos (también nosotros lo hemos adquirido de ellos), y, siendo así, el esfuerzo ha valido la pena. Veamos ahora, otro pasaje del saber del mundo.

Como dijo Kart Raimund Popper, filósofo británico de origen austriaco (Viena, 1902 – Croydon, 1.994) que realizó sus mas importantes trabajos en el ámbito de la metodología de la ciencia:

“cuanto más profundizo en el saber de las cosas, más consciente soy de lo poco que sé. Mis conocimientos son finitos pero, mi ignorancia, es infinita“.

Está claro que la mayoría de las veces, no hacemos la pregunta adecuada porque nos falta conocimiento para realizarla. Así, cuando se hacen nuevos descubrimientos nos dan la posibilidad de hacer nuevas preguntas, ya que en la ciencia, generalmente, cuando se abre una puerta nos lleva a una gran sala en la que encontramos otras puertas cerradas y tenemos la obligación de buscar las llaves que nos permitan abrirlas para continuar. Esas puertas cerradas esconden las cosas que no sabemos y las llaves que las pueden abrir son retazos de conocimientos que nos permiten entrar para descorrer la cortina que esconde los secretos de la Naturaleza, de la que en definitiva, formamos parte.

¡Cuánto hay ahí, en esa bella Imagen de arriba! En espesas nubes moleculares que se concentran en vórtices obligadas por la Gravedad, nacen nuevas estrellas y nuevos mundos. Ahí se transforman los matriales sencillos como el Hidrógeno en otros más complejos y, la radiación de las jóvenes estrellas nuevas masivas, tiñen de rojo el gas y el povo del lugar, mientras ellas, presumidas, se exhiben rodeadas de ese azul suave que las distingue de aquellas otras más antiguas, que tiñen de amarillo y rojo toda la región.

¿Qué sería de la cosmología actual sin ? Es la ecuación de Einstein donde es el tensor energía-momento que mide el contenido de materia-energía, mientras que es el Tensor de curvatura de Riemann contraído que nos dice la cantidad de curvatura presente en el hiperespacio.

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Lo que le pueda ocurrir a nuestra civilización, además de estar supeditado al destino de nuestro planeta, de nuestro Sol y de nuestro Sistema Solar y la galaxia, en parte,  también está en manos de los propios individuos que forman esta civilización y que, con sensibilidades distintas y muchas veces dispares, hace impredecibles los acontecimientos que puedan provocar individuos que participan con el poder individual de libre albedrío.

Muchos son los planetas que, por una u otra razón, no reunen esas condiciones y, algunos, están en las cercanias de su estrella haciendo imposible que en ellos, pueda surgir la vida. Bueno, al menos la que aquí conocemos. ¿Será así nuestro mundo cuando el Sol, se convierta en una gigante roja? ¿Podremos escapar antes de que llegue ese imparable momento?

El Tiempo es como una escalera que, a medida que la subimos, se va destruyendo a nuestras espaldas. Nunca podremos regresar al pasado. El Universo sólo marcha en una sóla dirección: El Futuro, y, si ahora no sabemos poner las bases firmes para un futuro estable…, ¡apaga y vamonós!

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La grandeza de Newton ha sido reconocida por todos (polémicas aparte), y, el mismo Einstein -de alguna manera el que finalizó su teoría de la gravitacíon universal- así lo dejó plasmado en las palabras siguientes:

“Observad las estrellas y aprended de ellas,

En honor al maestro todas deben girar,

Cada una en su trayectoria, sin un ruido,

Siguiendo el principio de Newton.”

 

Newton elaboró una explicación cuantificada matemáticamente de la gravitación que abarcaba por igual fenómenos terrestres y celestes. Al hacerlo demolió la división aristotélica del universo en dos ámbitos, uno por encima y otro por debajo de la Luna, y creó una base física para el Universo copernicano.

La perfección y seguridad con la que realizó esta tarea fueron tales que su teoría llegó a ser considerada durante más de dos siglos, como algo cercano a un mensaje de Dios. Aún hoy, cuando la dinámica newtoniana es contemplada como sólo una parte de la tela más vasta pintada por la relatividad de Einstein, la mayoría de nosotros seguimos pensando en términos newtonianos, y las leyes de Newton son eficaces para guiar las naves espaciales a la Luna y los planetas.

de donde:

F es el módulo de la fuerza ejercida entre ambos cuerpos, y su dirección se encuentra en el eje que une ambos cuerpos. G es la constante de Gravitación Universial.

Sin embargo, el hombre cuya explicación del Cosmos vive en la mente de más de mil millones de personas era uno de los más extraños y difícilmente accesibles individuos que haya vivido nunca y, en su vida privada tenía aficiones insospechadas como la de aquellos papeles de Alquimía comprados en una Subasta y que estaban dentro de un viejo Baúl de Newton.

Una muestra de los Papeles de Newton conservados en la Bibliteca de Israel

Claro que Newton era mucho más que esos escarceos esporádicos que pudiera hacer por la Alquimia. Cuando la Universidad se vio obligada a cerrar sus puertas por la Peste de 1665, envió a todos sus estudiantes a casa. Newton regresó a la Granja de su padre. Tenía por aquel entonces 22 años. En su pueblo natal de Woolsthorpe disfrutó de dos años de vaciones forzosas que le fueron muy fructíferas y más para la Historia de la Ciencia.

Allí, alejado de todos y en plena Naturaleza, llevando una vida bucólica y relajada. Newton pudo estar en contacto directo con la Naturaleza que amaba y se pasaba el día pensando sobre las cuestiones que llamaban su atención. Idealesgeneiales sobre la naturaleza de la luz y sus experimentos del prisma, una mezcla de colores del espectro que, en realidad, abrió el camino a una óptica más avanzada.

La naturaleza de la luz

                                               Apuntes sobre la Naturaleza de la luz

Sus estudios sobre la naturaleza de la Luz y los telecopios son ahora bien conocidos por todos y también los avances a que dieron lugar todas a quellas ideas de un chico de 22 años. De aquellos etudios salieron trabajos de gran importancia que le dieron al mundo buenas herramientas para avanzar en otros campo de la Física.

El siglo XVIII, ha sido llamado “Siglo de las luces”, porque albergó un movimiento de verdadera revolución intelectual, terreno abonado por matemáticos y científicos como el italiano Galileo, el polaco Copérnico, el francés Descartes, el holandés Huygens y, los británicos Charles Darwin e Isaac Newton.

El año en que moría Galileo, nació Isaac Newton en Woolsthorpe, una humilde aldea inglesa, y en el seno de una familia sumamente modesta, esencialmente campesina, que no contaba con grandes medios de fortuna. Su padre, labriego analfabeto,  murió meses antes de que naciera el futuro sabio. El muchacho crecía y se desarrollaba en un ambiente rural en el que no se le ofrecían grandes problemas intelectuales; pese a que su gran curiosidad y su notable inteligencia, que empezaron a manifestarse en los primeros juguetes que construyó para él y para sus amigos: pequeños molinos de viento, papalotes, relojes hidráulicos y otros ingeniosos artefactos. Pronto dedicó casi todo su tiempo al estudio apasionado de las matemáticas, devorando en escasos meses todos los libros que contenían las pequeñas bibliotecas locales.

A los catorce años dejó de asistir a la escuela para ayudar a su madre, viuda por segunda vez, por lo que regresó a la explotación de la granja familiar. Abandonar sus estudios hizo que el joven Newton se sintiera profundamente desgraciado. Sus labores campesinas, no le dejaban tiempo para sus especulaciones y lecturas, o para la construcción de sus artefactos, pero un tío suyo, William Ayscough, que se dio cuenta de cuan penosa era para el joven aquella situación, y, como era hombre ilustrado, miembro del Trinity College de Cambridge, aconsejó a la madre para que el joven Newton volviera a la escuela, esta vez con la intención de prepararlo para su ingreso en la Universidad de Cambridge, cosa que tuvo lugar en 1661.

A partir de aquel día, el progreso de Newton fue rapidísimo. Cuatro años más tarde recibía su diploma de bachiller, y en el transcurso de aquel tiempo consiguió impresionar muy profundamente, con sus vastos conocimientos y su extraordinaria rapidez mental, a sus condiscípulos y maestros. El mismo año en que recibió su diploma descubrió el famoso teorema en el que desarrollaba el binomio que todos los estudiantes de álgebra conocen hoy en día con el nombre de su descubridor: el binomio de Newton. Y unos meses después descubrió los elementos del cálculo diferencial o integral, a los que dio el nombre de “fluxiones”. Era una etapa singularmente creadora, porque, como es bien sabido, los grandes matemáticos -en esto se parecen a los atletas- dan lo mejor de sus esfuerzos durante los años juveniles; el matemático que a los treinta años no ha producido ningún descubrimiento valioso puede considerarse hombre fracasado.

Newton escribió,- a los 24 años, mayo de 1666-:

“Conseguí adivinar los principios del cálculo integral y el método para calcular el área de las curvas y el volumen de los sólidos, y aquel mismo año empecé a pensar en cómo calcular la gravedad con relación a la órbita de la Luna, y habiendo comparado la fuerza requerida para mantener a la Luna en su órbita con la fuerza de la gravedad en la superficie de la Tierra, me pareció que coincidían bastante exactamente. Todo esto ocurría en 1665 y 1666, pues en aquellos años me hallaba yo en la plenitud de mis fuerzas.”

En aquel mismo período empezó a trabajar también en una serie de experimentos acerca de la luz y los colores: el resultado de sus investigaciones fue presentado en un estudio que entregó a la Royal Society de Londres años más tarde, en 1672 ,el año en que fue elegido miembro de aquella sociedad de sabios.

En 1684 tres miembros de la Royal Society, el astrónomo Edmund Halley, Christopher Wren, arquitecto de la catedral de de Londres, y el físico Robert Hooke, mantenían en Londres una animada discusión que acabó en una apuesta: ¿qué tipo de trayectoria describen los planetas alrededor del Sol? Wren ofreció 40 chelines a quien aportara la solución.

De los tres, Halley fue el que más se empeñó en encontrar una solución, hasta el punto de viajar a Cambridge para trasladar la pregunta a Newton, el excéntrico profesor de matemáticas. Allí pudo preguntarle directamente: ¿qué tipo de trayectoria describen los planetas alrededor del Sol? Sobre esta entrevista no sabríamos nada si no llega a ser por Abraham de Moivre, gran matemático y amigo de Newton, que dejó escrito lo siguiente sobre este encuentro:

Newton contestó inmediatamente que era una elipse. El doctor, lleno de alegría y asombro, preguntó cómo lo sabia. “Porque lo he calculado”, contestó. Entonces el doctor le pidió que le mostrase los cálculos. Newton buceó en su baúl, entre sus papeles, pero no lo encontró. Prometiéndole que los volvería a reproducir.

                                                                    Halley y Newton

Ese baúl lo heredó su encantadora sobrina Catherine Conduitt y a través de la descendencia, el baúl terminó en manos del vizconde de Lymington. Casi nadie había visto nunca los documentos que contenía el baúl, y una leyenda cuenta que una vez un obispo, picado por la curiosidad, examinó el contenido del baúl y lo cerró inmediatamente horrorizado. Durante mucho tiempo el contenido del baúl siguió siendo un misterio y su contenido calificado como no apto para la difusión.

El vizconde de Lymington, acuciado por algunos problemas financieros, un divorcio y algunos problemas de impuestos, decide poner a la venta el conjunto de documentos de Newton que su familia poseía desde hacía más de doscientos años.

En 1936, se subasta en Sotheby’s (Londres) el contenido de un baúl metálico lleno de manuscritos de Isaac Newton. Casi todo el lote fue adquirido por John Maynard Keynes, el famoso economista, al que gustaba coleccionar textos científicos antiguos. (el resto de la historia ya os la conté arriba).

Fotografía de la casa natal de Isaac Newton  en la localidad de Woolsthorpe , en Lincolnshire, donde nació prematuramente aquel 4 de enero de 1643 (aunque en algunas referencias se menciona que esta es la casa donde vivió en Grantham años después)  . Newton era hijo único, el hijo póstuno de un pequeño terrateniente analfabeto. Era tan pequeño al nacer que su madre ,  Hannah Ayscough, diría que cabía en una botella de cuarto. Su padre había muerto unos meses antes y con sólo tres años tuvo que abandonar la casa materna cuando Hannah se casó por segunda vez y su nuevo marido no quiso hacerse cargo del niño.Durante el resto de su infancia viviría en casa de su abuela materna , a dos kilómetros de distancia de su madre , algo que seguramente influiría en el carácter silencioso, reservado y poco sociable de Newton a lo largo de su vida. De todas formas es difícil juzgar la personalidad de una mente tan poderosa como la del gran matemático inglés , porque su forma de ver el mundo no puede ser igual a la que tenemos los demás, muy por debajo de su capacidad intelectual.

Newton, que había nacido en el mismo año de la muerte de Galileo Galilei, sustituyó el telescopio refractor de Galileo , que tenía una gran lente en la parte delantera para recoger la luz pero que Newton, por su experiencia con la refracción de la luz, sabía que distorsionaba los colores. Así desarrolló el telescopio reflector que empleaba un espejo en lugar de una lente para recoger la luz lo que lo hacía más barato y más eficiente. La Royal Society le pediría que construyese un segundo telescopio y viendo que funcionaba a la perfección le admitieron inmediatamente en la sociedad científica. Sin embargo, Newton no estaría contento con la fama que había ganado con este invento, ya que recibía muchas cartas. Escribiría al secretario de la Royal Society quejándose porque había “sacrificado mi tranquilidad, una cuestión de verdadera importancia” Así era Newton, siempre huyendo de la fama para que no interrumpieran su trabajo, aunque no estaba exento de ambición.

Durante un tiempo se inspiró en los libros de René Descartes, un espíritu afín al suyo. Ambos tenían mucho en común: criados por sus abuelas, niños frágiles y solitarios y con una vida interior muy fuerte que modeló sus caractéres. descartes le hablaba de lo que era el conocimiento humano y, muchos de aquellos pensamientos pervivieron en su intelecto.

La teoría cartesiana del torbellino del sistema solar se convirtió en el estímulo para la demostración de Newton de que los torbellinos no podían explicar las leyes de Kepler del movimiento planetario. La importancia que asignó Descartes a la descripcion algebraica del movimiento alentó a Newton a elaborar una dinámica escrita en una fórmula alternativa del algebra, la geometría. Como esto aún no era matemáticamente factible, Newton halló necesario inventar una nueva rama de la matemática, el cálculo infinitesimal. Éste puso la geometría en movimiento . Las parábolas e hipérbolas que Newton trazó en el papel podían ser analizadas como resultado de un punto en movimiento como la punta del palillo con el que Arquímedes trazaba figuras en la arena. En palabras de Newton:

“Se describen líneas, y por ende se generan, no por la oposición de partes, sino por el movimiento continuo de puntos.”

Decía antes que en 1684, Halley visitó a Newton y le formuló su pregunta, y cual sería su asombro cuando éste le respondió inmediatamente: serán elipses. ¿Cómo Newton lo sabía? Fácil, lo había calculado hacía ya un tiempo, en sus anni mirabiles -20 meses entre 1665 y 1666 tiempo que paso confinado en su casa natal a causa de una epidemia de peste que azotó Cambridge-. Diez años después, en 1676, terminó su estudio que por supuesto no publicó. Así, a petición de Halley, Newton revisó y completó sus cálculos y se los envió a Halley. La insistencia de Halley y el genio de Newton convirtió ese pequeño manuscrito en la la obra científica más importante jamás escrita: Philosophiae naturalis principia mathematica. La publicación de los Principia de Newton donde Newton mostraba la equivalencia de su ley de gravitación universal, la atracción gravitatoria es lo que mueve a los planetas, con las leyes del movimiento planetario de Kepler dio término a la Revolución Copernicana y las predicciones que permitía su modelo matemático del universo inauguraban una nueva era para la ciencia. Con un ejemplar de la primera edición de los Principia  editado en Londres en 1687 y costeado de los bolsillos del propio Halley -por suerte para éste se vendió muy bien y ya 4 años después era casi imposible encontrar en ejemplar-.

Los logros científicos de Isaac Newton son de sobra conocidos. Sin embargo, tuvo otras fasetas menos conocida del precursor de la ciencia moderna: su cargo como intendente de la Real Casa de la Moneda en Londres, por ejemplo. Es posible que Newton pueda ser, sino el que más, uno de los científicos más grandes de la historia de la Humanidad, y, como siempre se exagera, de él se llegó a decir:

“La naturaleza y sus leyes yacían ocultas en la noche.
Dijo Dios: “¡Sea Newton!”, y se hizo la luz.”

 

 

Sus estudios sobre problemas de óptica resultaron también de inmensa importancia científica. Fue Newton el primero en demostrar, con ayuda de un prisma, que la luz del sol, que en apariencia es blanca, se compone en realidad de una serie de colores tales como los que forman el arco iris. Los rayos de estos colores dan al mezclarse la impresión de blancura; pero cada haz de color resulta claramente separado de los demás al pasar por un prisma por la razón de que su índice de refracción -es decir, el espacio en que se desvía de la línea recta al pasar por un cuerpo de densidad superior al aire, tal como un prisma de cristal- es ligeramente diferente de los demás. Así se explica, entre otros, el fenómeno del arco iris, en que las gotas de agua difusas en la atmósfera lluviosa obran a manera de pequeños prismas y provocan la refracción de cada color y el fenómeno de las bandas de color en el cielo después de la lluvia.

Estas demostraciones de Newton no habían sido motivadas por un interés puramente teórico por los fenómenos de la luz y la óptica, sino que eran el resultado parcial de sus esfuerzos encaminados a construir un telescopio más eficaz que los de su tiempo. Newton se interesaba por todo; por la luz, por los problemas de propagación de las olas o la aplicación del infinito a las matemáticas, a la astronomía e, incluso, a la teología.

Pero, como es bien sabido, la parte de su obra que mayor fama le ha dado es su descubrimiento de la ley universal de gravitación. Acerca de este descubrimiento, Voltaire ayudó a divulgar una pequeña leyenda: “Newton, dormía bajo un manzano y fue despertado, bruscamente, por la caída de una manzana. Este hecho lo condujo a una prolongada reflexión que lo llevó a resolver, científicamente, el problema de la gravitación universal.” Curiosamente, ése árbol murió en 1820 y sus astillas se convirtieron en reliquias, y algunas pueden verse en la Royal Society, en una colección dedicada a Newton.

Las epidemias de peste, varias veces interrumpieron sus enseñanzas en la Universidad y el Trinity College y solo en 1686 empezó a redactar en latín su obra fundamental Philosophia Natarals Principia Mathematica, obra que escribió en pocos meses. En 1695, tras una breve incursión en política, el canciller Montaigne, lo nombró como encargado de la Casa de Acuñación de Moneda, de la que fue Director General, lo que significó un situación económica estable y, como alto funcionario le permitió realizar numerosas actividades sociales. En 1703 fue nombrado presidente de la Royal Society; dos años después, la reina Ana le concedió el título de caballero, es decir, desde entonces, debió citársele como sir Isaac Newton.

La complejidad de los problemas que se planteaba Newton era tal que sufrió crisis de nervios, y hay que dejar constancia que muchas veces, pospusiera la publicación de sus resultados. Por ejemplo, el principio de gravitación lo descubrió en 1666; sin embargo, tardó unos veinte años en publicar su Principia Mathematica. Podemos imaginar cuán desesperadamente complejo era el problema que se había planteado. No había ningún instrumento matemático capaz de enfrentarse con aquel problema, y para hallar la solución, tuvo que inventar un nuevo instrumento matemático, el cálculo integral. Gracias a el pudo satisfacer su conciencia científica y dar a conocer la ley de gravitación en el tercer volumen de su gran libro. Principia.

Newton vivió hasta edad muy avanzada. El mal de piedra y la pulmonía le hicieron sufrir durante los últimos años. Murió en 1727 y fue enterrado en compañía de los más ilustres ingleses, en la abadía de Westminster.

En su epitafio puede leerse : “Honró al género humano.”

Recopilación y publicación de emilio silvera.

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No varían con el paso del Tiempo. Existen muchas constantes físicas; algunas de las más conocidas son la constante de Planc racionalizada , la constante de gravitación , la velocidad de la luz , la permitividad en el vacío , La constante de estructura fina α, la permeabilidad magnética en el vacío y la carga elemental . Todas éstas, por ser tan fundamentales, son llamadas constantes universales.

Según todos los indicios de los que podemos disponer, si esas constantes hubieran tenido variables, en tan sólo unas simples fracciones infinitesimales de millonésimas, la vida, no habría podido surgir en nuestro planeta.

Muchos han sido los que se han sentido atraídos por las posibles consecuencias biológicas de las teorías cosmológicas en que las “constantes” tradicionales cambian con el paso del tiempo o donde los procesos gravitatorios se despliegan de acuerdo con un reloj cósmico diferente del de los procesos atómicos (¿será precisamente por eso que la relatividad general – el cosmos –, no se lleva bien con la mecánica cuántica – el átomo –?).

La radiactividad natural es el proceso de emisión espontánea de radiaciones por parte de núcleos atómicos inestables, que se fisionan y se transforman en otros núcleos. No hace mucho tiempo que sabemos de ella. Las radiaciones nos llegan de distintas fuentes,  estamos constantemente expuestos  a radiaciones naturales.

Universos de dos tiempos habían sido propuestos por Milne y fueron las primeras sugerencias de que G podría no ser constante. Unos procesos, como la desintegración radiactiva o los ritmos de interacción molecular, podrían ser constantes sobre una escala de tiempo pero significativamente variables con respecto a la otra. Esto daba lugar a un escenario en el que la bioquímica que sustentaba la vida sólo se hacía posible después de una particular época cósmica, y, algunos, como Haldane,  han sugerido que:

“Hubo, de hecho, un momento en el que se hizo posible por primera vez la vida de cualquier tipo, y las formas superiores de vida sólo pueden haberse hecho posibles en una fecha posterior.  Análogamente, un cambio en las propiedades de la materia puede explicar algunas de las peculiaridades de la geología precámbrica.”

Este imaginativo escenario no es diferente del que ahora se conoce como “equilibrio interrumpido”, en el que la evolución ocurre en una sucesión discontinua de brotes acelerados entre los que se intercalan largos periodos de cambio lento. Sin embargo, Haldane ofrece una explicación para los cambios.

Lo que tienen en común todas estas respuestas a las ideas de Eddington y Dirac es una apreciación creciente de que las constantes de la naturaleza desempeñan un papel cosmológico vital en el Universo para todo lo que contiene y, sobre todo, para la vida de las estrellas y, también, para la vida de seres como nosotros que, con unas constantes diferentes, simplemente no estaríamos aquí.

El mayor misterio que rodea a los valores de las constantes de la naturaleza es sin duda la ubicuidad de algunos números enormes que aparecen en una variedad de consideraciones aparentemente inconexas. El número de Eddington es un ejemplo notable. El número total de protones que hay     dentro del alcance del universo observable esta próximo al número

10⁸⁰

Si preguntamos ahora por la razón entre las intensidades de las fuerzas electromagnéticas y gravitatoria entre dos protones, la respuesta no depende de su separación, sino que es aproximadamente igual a

10⁴⁰

Es un misterio. Es bastante habitual que los números puros que incluyen las constantes de la naturaleza difieran de 1 en un factor del orden de 10², ¡pero 10⁴⁰, y su cuadrado 10⁸⁰, es rarísimo! Y esto no es todo. Si seguimos a Max Planck y calculamos en valor estimado para la “acción” del universo observable en unidades fundamentales de Planck para la acción, obtenemos.

10¹²⁰

Existe un lazo entre la estructura del universo en conjunto y las condiciones locales internas que se necesitan para que la vida se desarrolle y persista. Si las constantes tradicionales varían, entonces las teorías astronómicas tienen grandes consecuencias para la biología, la geología y la propia vida.

No podemos descartar la idea ni abandonar la posibilidad de que algunas “constantes” tradicionales de la naturaleza pudieran estar variando muy lentamente durante el transcurso de los miles de millones de años de la historia del universo. Es comprensible por tanto el interés por los grandes números que incluyen las constantes de la naturaleza. Recordemos que Newton nos trajo su teoría de la Gravedad Universal, que más tarde mejora Einstein y que, no sería extraño, en el futuro mejorará algún otro con una nueva teoría más completa y ambiciosa que explique lo grande (el cosmos) y lo pequeño (el átomo), las partículas (la materia) y la energía por interacción de las cuatro fuerzas fundamentales.

                                                                                                       Gravitación universal de Isaac Newton.

Aquí, hablamos de lo que pasaría con la vida en caso de que esas constantes universales pudieran variar con el tiempo, y, según todos los indicios, la cosa no pinta nada bien.

La Carga del electrón, la Constante de Planck, la Constante Gravitacional, la masa en reposo del electrón, protón o neutron, o, la velocidad de la luz, se tienen todas por constantes de la naturaleza, es decir, no varían con el paso del tiempo, y, los cálculos que se han realizado en el sentido de una pequeña variación en alguna de ellas, son catastróficas, por ejemplo, si la carga del eletrón, variará, tan solo una diez millónesima, sería más que suficiente para que no se conformaran los átomos y, la materia no podría existir tal como la conocemos y, siendo así (que lo es) ¿qué pasaría con la vida?

Bueno, el cambio de las constantes no es que pusiera el mundo del revés, sino que, simplemente, el mundo tal como lo conocemos, no sería. Igualmente, el Universo sería también distinto y, vaya usted a saber que clase de universos y mundos serían. ¿Un electrón diferente? ¿Qué pasaría con los átomos y la materia, y las estrellas y…nosotros?

El Universo es como es gracias a equilibrios entre fuerzas y, por ejemplo, en un átomo la carga negativa de los electrones es similar a la carga positiva de los protones, y, tal equilibrio de fuerzas hace posible la estabilidad para que se formen y se junten para formar moléculas y materia. En las estrellas, una fuerza, la fusión tienede a expandir a la estrella, otra fuerza, la de Gravedad, tiende a comprimirla, y, de esta manera, aparece el equilibrio necesario para que las estrellas brillen durante miles de millones de años y lancen al espacio interestelar su luz y su calor, creen elementos complejos, y, en su final, hagan que sea posible sembrar de materiales diversos en inmensas nubes la materia primigenia para la vida, y, todo ello, en presencia de las fuerzas fundamentales y las constantes de la naturaleza.

Así que, sería preferible que las constantes de la Naturaleza se queden tal cual. ¿Qué ganaríamos nosotros si cambiaran? ¿Desaparecer? No gracias. Aunque no como quisieramos pero, estamos bien aquí, al menos hay una oportunidad para cambiar las cosas.

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