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Ciencias Naturales, Tierra y Universo

3° Básico

Teorías de Ptolomeo, Copérnico, Juan Kepler y Newton

Nicolás Copérnico

Nació en Thorn (Polonia), el 19 de febrero de 1473, en el seno de una rica familia de comerciantes. A lo diez años quedó huérfano y un tío obispo se hizo cargo de él.

En 1491, entró a estudiar humanidades a la Universidad de Cracovia. Para completar su formación, en 1497 ingresó a la Universidad de Bolonia (Italia) a estudiar derecho. En ese período se alojó en la casa un profesor de matemáticas llamado Doménico María de Novara, que influiría en sus posteriores inquietudes sobre geografía y astronomía.

Es así como realizó una serie de investigaciones, que le permitieron descubrir contradicciones en el modelo astronómico vigente, el de Claudio Ptolomeo (astrónomo del siglo II). Este afirmaba que la Tierra se hallaba estática y que tanto el Sol como los planetas giraban a su alrededor.

En 1500, Copérnico se doctoró en astronomía, en la Universidad de Roma, y fue nombrado profesor. Pero sus dudas sobre el modelo de Ptolomeo lo llevaron a renunciar a la cátedra. Al año siguiente comenzó a estudiar medicina en Padua. Sin haber terminado estos estudios, se licenció en derecho canónico en la Universidad de Ferrara, en 1503.

En 1506 regresó a Polonia y se fue a vivir al palacio episcopal de su tío en Lidzbark Warminski, en donde se desempeñó como su consejero de confianza. En 1512 se trasladó a Frauenburg (Prusia oriental), en donde ocupó el puesto de canónigo.

Su gran revolución

En ese mismo período comenzó a trabajar en su obra principal, De revolutionibus orbium caelestium (Sobre las revoluciones de los cuerpos celestes), que constituiría una tremenda innovación para la ideología religiosa medieval: la sustitución de un cosmos con la Tierra como centro (teoría geocéntrica), por uno situado alrededor del Sol. Se trataba de lo que se conoce como la teoría heliocéntrica.

Lo rupturista de sus postulados le hicieron dudar sobre hacerlos públicos, ya que quería evitarse los más que previsibles problemas con la Iglesia.

Así, no fue sino en 1543 (un poco antes de su muerte) cuando aparece la primera edición de De revolutionibus. Sin embargo, muchas de las ideas básicas que contiene este libro circularon a través de un pequeño escrito titulado De hypothesibus motuum caelestium a se constitutis commentariolus, que, pese a su brevedad, es de una gran precisión y claridad.

Copérnico falleció el 24 de mayo de 1543, en Frauenburg.

Sus postulados

Los estudios y la obra de Copérnico vienen a marcar el comienzo de una revolución en la astronomía, que desbanca a la Tierra como centro del universo (teoría geocéntrica de Ptolomeo), y postula que esta y los demás planetas giran en torno a un Sol estacionario (teoría heliocéntrica). Además, afirmaba que la Tierra giraba sobre sí misma, una vez al día, y que al realizar este movimiento se inclinaba sobre su eje.

Copérnico adoptó estas ideas no tanto por observaciones, sino más bien por razonamientos teóricos que hizo a partir de las investigaciones hechas por sus predecesores y los errores que en ellas encontró.

Así, con su nuevo modelo resultaba mucho más sencillo hacer cálculos sobre las posiciones planetarias y explicar algunos cambios diarios y anuales del Sol. Por ello, Copérnico no dudó en romper con una tradición de más de 2.000 años de una Tierra en reposo.

Pero esta no acabaría de inmediato tras las publicación del libro de Copérnico, sino que se daría una transición gradual entre ambas teorías, auspiciada por los nuevos aires renacentistas que se respiraban.

¿Sabías que?

Entre 1543 y 1600, Copérnico contó con muy pocos seguidores. Fue objeto de numerosas críticas, en especial de la Iglesia, por negar que la Tierra fuera el centro del Universo. La mayoría de los astrónomos y filósofos de la época se negaron a creer en las investigaciones de Copérnico hasta mitad del siglo XVII. Sin embargo, contaría luego con notables defensores, como Johannes Keplery Galileo Galilei. De hecho, hoy se señala a Copérnico como iniciador de la tesis heliocéntrica, a Galileo como su mejor propagandista y a Kepler y a Isaac Newtoncomo sus culminadores.

Isaac Newton

La obra de Newton representa una de las mayores contribuciones a la ciencia realizadas nunca por un solo individuo. Entre otras cosas, dedujo la ley de la gravitación universalinventó el cálculo infinitesimal y realizó experimentos sobre la naturaleza de la luz y el color.

Su infancia y juventud

Isaac Newton nació el día de Navidad del antiguo calendario en 1642 (correspondiente al 4 de enero de 1643 del nuevo calendario), año en que moría Galileo, en el pueblito de Woolsthorpe, unos 13 km al sur de Grantham, en el Lincolnshire, Inglaterra.

Fue un niño prematuro y su padre murió antes de su nacimiento, a los treinta y siete años. Isaac fue educado por su abuela, preocupada por la delicada salud de su nieto. Su madre, mujer ahorrativa y diligente, se casó de nuevo cuando su hijo no tenía más que tres años.

Newton frecuentó la escuela del lugar y, siendo muy niño, manifestó un comportamiento completamente normal, con un interés marcado por los juguetes mecánicos.

Cuando era pequeño no manifestaba signos particulares de genialidad, y a la edad de 14 años y medio lo retiraron de la escuela para que trabajara en la granja de su madre.

Como granjero fue un fracaso, y prefería leer libros que pedía prestados a un farmacéutico vecino. Su tío percibió su potencial intelectual y le sugirió que estudiara en la Universidad de Cambridge, lo que hizo por cinco años, tras los cuales se graduó sin una particular distinción.

Sus primeros descubrimientos

Su primer tutor fue Benjamín Pulleyn, posteriormente profesor de griego en la Universidad. En 1663, Newton leyó la Clavis mathematicae de Oughtred, la Geometría a Renato Des Cartes de Van Schooten, la Óptica de Kepler, la Ópera mathematica de Vieta, editadas por Van Schooten y, en 1664, la Aritmética de Wallis que le serviría como introducción a sus investigaciones sobre las series infinitas, el teorema del binomio, ciertas cuadraturas.

En 1663 Newton conoció a Barrow, quien le dio clases como primer profesor lucasiano de matemáticas. En la misma época, Newton entró en contacto con los trabajos de Galileo, Fermat, Huygens y otros, a partir probablemente de la edición de 1659 de la Geometría de Descartes por Van Schooten.

Desde finales de 1664, Newton parece dispuesto a contribuir personalmente al desarrollo de las matemáticas. Aborda entonces el teorema del binomio, a partir de los trabajos de Wallis, y el cálculo de fluxiones.

Al terminar sus estudios de bachiller, tuvo que volver a la granja familiar a causa de una epidemia de peste bubónica. Retirado con su familia durante los años 1665-1666, conoce un período muy intenso de descubrimientos: descubre la ley del inverso del cuadrado, de la gravitacióndesarrolla su cálculo de fluxionesgeneraliza el teorema del binomio y pone de manifiesto la naturaleza física de los colores. Sin embargo, Newton guarda silencio sobre sus descubrimientos y reanuda sus estudios en Cambridge en 1667.

Trinity College

Después de una interrupción de casi dos años provocada por una epidemia de peste, Newton volvió al Trinity College (en la imagen), donde le nombraron becario en 1667.

De 1667 a 1669, emprende activamente investigaciones sobre óptica y es elegido becario del Trinity College. En 1669, Barrow renuncia a su cátedra lucasiana de matemáticas y Newton le sucede y ocupa este puesto hasta 1696. El mismo año envía a Collins, por medio de Barrow, su “Analysis per aequationes numero terminorum infinitos“. Para Newton, este manuscrito representa la introducción a un potente método general, que desarrollará más tarde: su cálculo diferencial e integral.

Newton descubrió los principios de su cálculo diferencial e integral hacia 1665-1666, y durante el decenio siguiente elaboró al menos tres enfoques diferentes de su nuevo análisis.

Óptica

En 1672 publicó una obra sobre la luz con una exposición de su filosofía de las ciencias, donde consiguió demostrar que la luz blanca estaba formada por una banda de colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta) haciendo pasar la luz a través de un prisma.

Estos experimentos le llevaron a formular su teoría general sobre la luz que, según él, está formada por corpúsculos y se propaga en línea recta y no por medio de ondas. Este libro que fue severamente criticado por la mayor parte de sus contemporáneos, entre ellos Robert Hooke (1638-1703) y Huygens, quienes sostenían ideas diferentes sobre la naturaleza de la luz. Estas críticas provocaron su recelo a las publicaciones por lo que se retiró a la soledad de su estudio en Cambridge.

Los Principios

En agosto de 1684 la soledad de Newton se vio interrumpida por la visita de Edmund Halley, un astrónomo y matemático con el que discutió el problema del movimiento orbital. Newton había estudiado la ciencia de la mecánica como estudiante universitario y en esa época ya tenía ciertas nociones básicas sobre la gravitación universal. Como resultado de la visita de Halley, volvió a interesarse por estos temas.

Durante los dos años y medio siguiente, Newton estableció la ciencia moderna de la dinámica formulando las tres leyes del movimiento. Aplicó estas leyes a las leyes de Kepler sobre movimiento orbital -formuladas por el astrónomo alemán Johannes Kepler- y dedujo la ley de la gravitación universal.

Probablemente, Newton es conocido sobre todo por su descubrimiento de la gravitación universal, que muestra cómo a todos los cuerpos en el espacio y en la Tierra les afecta la fuerza llamada gravedad.

Publicó su teoría en Principios matemáticos de la filosofía natural (1687), obra que marcó un punto de inflexión en la historia de la ciencia, y con la que perdió el temor a publicar sus teorías.

La aparición de Principios también implicó a Newton en un desagradable episodio con el filósofo y físico Robert Hooke. En 1687 Hooke afirmó que Newton le había robado la idea central del libro: que los cuerpos se atraen recíprocamente con una fuerza que varía inversamente al cuadrado de la distancia entre ellos. Sin embargo, la mayor parte de los historiadores no aceptan los cargos de plagio de Hooke.

Newton publicó su teoría en Principios matemáticos de la filosofía natural en 1687. Esta obra marcó un punto de inflexión en la historia de la ciencia, y con la que perdió el temor a publicar sus teorías.

En el mismo año de 1687, Newton apoyó la resistencia de Cambridge contra los intentos del rey Jacobo II de Inglaterra por convertir la universidad en una institución católica.

Después de la Revolución Gloriosa de 1688, que expulsó a Jacobo II de Inglaterra, la universidad eligió a Newton como uno de sus representantes en una convocatoria especial del Parlamento británico.

Los cuatro años siguientes fueron de gran actividad para Newton, que animado por el éxito de Principios, trató de compendiar todos sus primeros logros en una obra escrita. En el verano de 1693 Newton mostró síntomas de una severa enfermedad emocional. Aunque recuperó la salud, su período creativo había llegado a su fin.

Sus últimos años

Después de haber sido profesor durante cerca de treinta años, Newton abandonó su puesto para aceptar la responsabilidad de Director de la Moneda en 1696. Durante los últimos treinta años de su vida, abandonó prácticamente sus investigaciones y se consagró progresivamente a los estudios religiosos. Fue elegido presidente de la Royal Society en 1703 y reelegido cada año hasta su muerte. En 1705 fue hecho caballero por la reina Ana, como recompensa a los servicios prestados a Inglaterra.

Los últimos años de su vida se vieron ensombrecidos por la desgraciada controversia, de envergadura internacional, con Leibniz a propósito de la prioridad de la invención del nuevo análisis, acusaciones mutuas de plagio, secretos disimulados en criptogramas, cartas anónimas, tratados inéditos, afirmaciones a menudo subjetivas de amigos y partidarios de los dos gigantes enfrentados, celos manifiestos y esfuerzos desplegados por los conciliadores para aproximar a los clanes adversos, esto se terminó con la muerte de Leibniz en 1716.

Newton fue respetado durante toda su vida como ningún otro científico, y prueba de ello fueron los diversos cargos con que se le honró: en 1689 fue elegido miembro del Parlamento, en 1696 se le encargó la custodia de la Casa de la Moneda, en 1703 se le nombró presidente de la Royal Society y finalmente en 1705 recibió el título de sir de manos de la reina Ana.

La gran obra de Newton culminaba la revolución científica iniciada por Copérnico (1473-1543) e inauguraba un periodo de confianza sin límites en la razón, extensible a todos los campos del conocimiento.

Leyes de Newton

Primera Ley de Newton “Todo cuerpo permanece en reposo o se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme, siempre que no actúe sobre él una fuerza exterior que cambie su estado”.

Segunda Ley de Newton “Cualquier variación del movimiento es proporcional a la fuerza que la produce y tiene lugar en la dirección en que dicha fuerza actúa, siendo el aumento o la disminución de la velocidad proporcional a la misma”.

Tercera Ley del Movimiento de Newton Principio de acción y reacción: Este postula que a cada acción corresponde una reacción igual y contraria. Es decir, si un cuerpo A ejerce una acción sobre un cuerpo B, el cuerpo B reacciona y ejerce una fuerza igual y contraria sobre el cuerpo A.