NEWTON Y LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL.

En el mismo año en que Galileo murió, nació en Inglaterra Isaac Newton (1642-1727). El recopiló todos los conocimientos de sus predecesores y contemporáneos para diseñar el universo que conocemos. En una Inglaterra desangrada por la guerra, Newton estudió en el Colegio de la Santa Trinidad de Cambridge, donde tenía a disposición una surtida biblioteca que le permitió elaborar el método de las series infinitas que sería el primer paso hacia el cálculo infinitesimal. Pero la peste bubónica obligó a cerrar la Universidad y Newton tuvo que regresar a su pueblo, donde, en dos años, inventó el cálculo de las fluxiones (derivadas e integrales), experimento sobre los colores de la luz y desarrolló una teoría corpuscular opuesta a la ondulatoria de Huygens y Hooke e inventó el telescopio reflector.

Estaba convencido de que todos los movimientos tenían algo en común, y que si la naturaleza de los cuerpos celestes es análoga a la de la Tierra, como afirmaba Galileo, todos los cuerpos celestes debían tener una “gravedad” como la Tierra. Kepler había pensado que una fuerza magnética mantenía unidos los planetas al Sol, pero quizá fuera la Gravedad. Newton no fue el único que barajaba esta idea: Boulliau  sugería que la gravedad es proporcional a la masa e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia (1645); Hooke avanzó la hipótesis de que los planetas están sometidos a una atracción recíproca que origina su movimiento (1674) y que la atracción entre el Sol y los planetas es inversamente proporcional a la distancia que los separa (1679) pero nadie tenía las ideas tan claras y tan matemáticamente delineadas como Newton.

Así, en 1687 publicó Philosophiae Naturales Principia Mathemática (“Principios Matemáticos de la Filosofía Natural”), que introdujo la Física teórica a la ciencia, organizó de forma definitiva la Mecánica y definió la Ley de Gravitación. Este se convirtió en uno de los libros fundamentales de la historia de la humanidad. Newton constató la inevitable existencia de esta misteriosa “acción a distancia”, inaceptable desde el punto de vista filosófico. Estableció una Ley universal: Dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Las leyes empíricas de Kepler son consecuencia lógica de esta ley o, incluso, podíamos decir que esta ley perfecciona la tercera ley de Kepler, porque permite evaluar la influencia de la masa en cada planeta, una precisión que Kepler olvidó a favor de la del Sol.

Negar la idea copernicana se había convertido en una tarea realmente difícil. Esta sencilla ley resolvía muchos problemas astronómicos: la forma y la velocidad de la órbita de los planetas y cometas alrededor del Sol y de los satélites alrededor de los planetas, la sucesión de equinoccios, la forma de la Tierra, los movimientos de los objetos en esta, las mareas…

Se consolidó la percepción de que todo fenómeno estaba regulado por unas pocas leyes naturales fundamentales que pueden determinarse con la observación y la experimentación, y que se traducen en sencillas fórmulas matemáticas, como avanzó Galileo. En el prefacio del tercer libro de los Principia, Newton expuso las cuatro reglas que describían esta nueva actitud:

1. “De las cosas naturales no deben admitirse causas más numerosas que las que son reales y suficientes para explicar los fenómenos”.
2. “Por ello, y mientras pueda hacerse, las mismas causas deberán atribuirse a efectos naturales del mismo fenómeno”.
3. “Las cualidades de los cuerpos que no pueden ser aumentadas ni disminuidas, y las que pertenecen a todos los cuerpos con los que se pueden realizar  experimentos, deberán ser consideradas cualidades de todos los cuerpos.”
4. “En la filosofía experimental, los supuestos obtenidos por inducción de los fenómenos, a pesar de las hipótesis contrarias, deben considerarse ciertos o tenerse en cuenta al menos hasta que aparezcan nuevos fenómenos con los que estos puedan hacerse más exactos o verse sujetos a excepciones.”

La teoría newtoniana serviría de base para el desarrollo de toda la mecánica. Ni siquiera la teoría de la relatividad conseguiría desbaratarla. Todo nuestro mundo, el Sistema solar, la Física de la Galaxia, sigue siendo  -a pequeña escala- newtoniano.

A pesar de ello, muchos rechazaron las ideas de Newton, y no solo por rivalidad personal:  Leibniz, Kant, y, Goethe fueron detractores implacables. Hegel llegó a afirmar: “Las impropiedades y las incorrecciones de las observaciones y de los experimentos […] así como la falta de solidez de éstos y, aún más, tal como Goethe ha demostrado, su mala fe […]. También cabe citar la mala calidad de los razonamientos, ilaciones y demostraciones realizadas mediante datos empíricos impuros”.

Newton, cansado de controversias, mezquindades y polémicas suscitadas tras la publicación de su teoría sobre la composición de los colores, renunció a publicar las Lecciones de óptica y se dedicó básicamente a estudios teológicos y alquímicos hasta 1684. A pesar de ello, a su muerte se le tributaron honores fastuosos.

Pocas dudas nos pueden caber a estas alturas de que Newton ha sido uno de los más grandes científicos de todos los tiempos. Su padre fue un labrador que no sabía ni leer ni escribir, y, sin embargo, nos legó a su descendiente que, regaló al mundo las respuestas que necesitaba para conocer, algo mejor, la Naturaleza.

emilio silvera

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Una estrella, cuando llega a su final por haber agotado todo su combustible nuclear de fusión, queda a merced de la fuerza de Gravedad que, literalmente la aplasta bajo el peso de su propia masa. Es decir, implosiona sobre sí misma.

Especialmente intrigante es la apariencia de una estrella en implosión observada desde un sistema de referencia externo estático, es decir, vista por observadores exteriores a la estrella que permanecen siempre en la misma circunferencia fija en lugar de moverse hacia adentro con la materia de la estrella en implosión. La estrella, vista desde un sistema externo estático, empieza su implosión en la forma en que uno esperaría. Al igual que una pesada piedra arrojada desde las alturas, la superficie de la estrella cae hacia abajo (se contrae hacia adentro), lentamente al principio y luego cada vez más rápidamente. Si las leyes de gravedad de Newton hubieran sido correctas, esta aceleración de la implosión continuaría inexorablemente hasta que la estrella, libre de cualquier presión interna, fuera aplastada en un punto de alta velocidad. Pero no era así según las fórmulas relativistas de Oppenheimer y Snyder. En lugar de ello, a medida que la estrella se acerca a su circunferencia crítica su contracción se frena hasta hacerse a paso lento. Cuanto más pequeña se hace la estrella, más lentamente implosiona, hasta que se congela exactamente en la circunferencia crítica.

Por mucho tiempo que uno espere, si uno está en reposo fuera de la estrella (es decir, en reposo en el sistema de referencia externo estático), uno nunca podrá ver que la estrella implosiona a través de la circunferencia crítica. Este era el mensaje inequívoco de Oppenheimer y Snyder.

¿Se debe esta congelación de la implosión a alguna fuerza inesperada de la relatividad general en el interior de la estrella? No, en absoluto, advirtieron Oppenheimer y Snyder. Más bien se debe a la dilatación gravitatoria del tiempo (el frenado del flujo del tiempo) cerca de la circunferencia crítica. Tal como lo ven los observadores estáticos, el tiempo en la superficie de la estrella en implosión debe fluir cada vez más lentamente cuando la estrella se aproxima a la circunferencia crítica; y, consiguientemente, cualquier cosa que ocurre sobre o en el interior de la estrella, incluyendo su implosión, debe aparecer como si el movimiento se frenara poco a poco hasta congelarse.

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Como ya sabemos todos, y, hasta que no aparezca otra más moderna y que contenga más datos y credibilidad,  el concepto más favorecido de origen del universo es la teoría del Big Bang, de acuerdo con la cual el universo se creó a partir de una densa y caliente concentración enorme de materia (una singularidad) en una bola de fuego que explotó y se expandió para crear el espacio, el tiempo y toda la materia que lo conforme. Todo ello ocurrió, según los datos de que se disponen, hace ahora aproximadamente 15.000 millones de años, o 15 eones (10⁹).

El universo se formó y apareció el tiempo y el espacio y la materia. Es lo que dice la teoría que antes hemos descrito. Sin embargo, hay muchas cuestiones que, por lo menos a mí, no han quedado claras y me llevan a preguntas tales como:

¿Cuántas partículas hay en el universo?

¿De dónde vino la sustancia del universo?

¿Qué hay más allá del borde del universo?

En realidad, no existen respuestas concretas para estas preguntas, porque para empezar no sabemos como es de grande el universo. Sin embargo, si podemos hacer algunas hipótesis.

Podemos calcular que hay unas 100.000.000.000 de galaxias en el universo. Cada una de estas galaxias tiene una media de masa igual a 100.000.000.000 la masa del Sol.

Quiere decir que la cantidad total de materia en el universo sería igual a 10¹¹×10¹¹ ó 10²² veces la masa del Sol.

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¿Es verdadero Universo que creemos conocer, ¿Y, si no lo es, cómo será?

Todas nuestras cosmologías, desde las cosmologías sumeria y maya hasta las de los profesores modernos que ocupan cátedras con sillón de cuero en las mejores universidades del mundo, están limitadas por una desastrosa falta de visión.

Timothy Ferris comienza su libro “Coming of Age in the Milky Way” con la siguiente observación: “Cuando los astrónomos sumerios, chinos y coreanos de la antigüedad subieron trabajosamente los escalones de sus achaparrados zigurats de piedra para estudiar las estrellas tenían razones para suponer que así obtendrían una visión mejor…porque conseguían situarse más cerca de las estrellas”.

¿De qué sirve subir unas cuantas decenas de metros, cuando sabemos hoy en día que la estrella más próxima se encuentra a una distancia de nosotros de 4,3 años-luz? A escala humana hemos mejorado significativamente nuestro poder de visión con nuestros enormes telescopios terrestres y aún más con el telescopio Hubble, que describe órbitas y nos eleva más allá de la ofuscación que produce la atmósfera de nuestro planeta, la Tierra. Sin embargo, a escala cósmica un satélite situado a 675 kilómetros apenas nos lleva más cerca de los cielos más distantes (a una distancia de unos miles de millones de años-luz) que lo que nos llevaría colocarnos encima de un zigurat, especialmente si las demás galaxias están alejándose de nosotros cada segundo.

El tamaño del Universo, en realidad, es desconocido. El Universo visible puede ser sólo una pequeña parte de todo el universo y es posible que alguna luz nunca nos alcance. Vivimos en lo que se llama esfera sub-Hubble; puede ser que la parte del Universo que no hemos visto sea millones de veces mayor, en cuyo caso, lo que observamos a través de nuestros telescopios son los movimientos aleatorios y esotéricos de unas galaxias locales, no el verdadero flujo del espacio real.

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La Hipótesis de estrella de Quarks (EQs) podrían responder a muchos interrogantes surgidos a partir de observaciones astrofísicas que no coinciden con los modelos canónicos teóricos de las Estrellas de Neutrones ( ENs ). Decimos que son hipotéticas porque se conjetura que estarían formadas por Materia Extraña ( ME ). La comunidad astrofísica espera evidencias observacionales que permitan diferenciarlas de las ENs, ya que podrían explicar un conjunto de observaciones astronómicas que aún resultan una incógnita. Es sabido que una EN es el remanente del colapso de una estrella masiva. El colapso de la estrella, la supernova, da lugar a un núcleo compacto hiperdenso de hierro y otros metales pesados que sigue comprimiéndose y calentándose. Su densidad continúa aumentando, dando lugar a una “neutronización“ (recombinación de electrones con protones que resultan en neutrones) y el gas degenerado de neutrones frena el colapso del remanente.

Una EQ, a diferencia de una EN, no se originaría necesariamente de una evolución estelar después del agotamiento del combustible nuclear de una estrella normal. Sería, probablemente, producto de la transición de fase hadrón-quark a altísima densidad. La Cromodinámica Cuántica (CDC), la Teoría de las Interacciones Fuertes que ocurren dentro de los nucleones (protones y neutrones), concibe teóricamente la idea de la transición de fase hadrón-quark a temperaturas y/ o densidades extremadamente altas con el consecuente desconfinamiento de quarks y gluones, que formarían una especie de “sopa “. Sin embargo, los quarks libres no se han encontrado aún, en uno u otro límite, en ningún experimento terrestre.

La “sopa“ que mencionamos antes, se conoce como Plasma Quark-Gluón ( PQG ). En el límite de altas temperaturas, el PQG está tratando de obtenerse en el laboratorio y existen fuertes indicios de que se logre con éxito experimentos de altas energías como el Colisionador Relativista de Iones Pesados (conocido por sus siglas en ingles como RHIC) de Brookhaven, New York.

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