Isaac Newton

Resumen

Sir Isaac Newton (25 de diciembre de 1642 – 20 de marzo de 1727 según el calendario juliano, vigente en Inglaterra hasta 1752; o 4 de enero de 1643 – 31 de marzo de 1727 según el calendario gregoriano) fue un físico, matemático, mecánico y astrónomo inglés, uno de los fundadores de la física clásica. Autor de la obra fundamental «Principios matemáticos de la filosofía natural», en la que enunció la ley de la gravitación universal y tres leyes de la mecánica, que se convirtieron en la base de la mecánica clásica. Desarrolló el cálculo diferencial e integral, la teoría del color, sentó las bases de la óptica física moderna y creó muchas otras teorías matemáticas y físicas.

Miembro (1672) y presidente (1703-1727) de la Royal Society de Londres.

Los primeros años

Isaac Newton nació en el pueblo de Woolsthorpe, Lincolnshire, en vísperas de la Guerra Civil. El padre de Newton, Isaac Newton (1606-1642), un pequeño pero próspero agricultor, no vivió para ver nacer a su hijo. El niño nació prematuro, era enfermizo, por lo que tardó en ser bautizado. Sin embargo, sobrevivió, fue bautizado (1 de enero) y llamado Isaac en memoria de su padre. El hecho de haber nacido el día de Navidad fue considerado por Newton como una señal especial. A pesar de su mala salud en la infancia, vivió hasta los 84 años.

Newton creía realmente que su familia descendía de nobles escoceses del siglo XV, pero los historiadores han descubierto que en 1524 sus antepasados eran campesinos pobres. A finales del siglo XVI, la familia se había enriquecido y había pasado a la categoría de yeomen (terratenientes). El padre de Newton heredó una gran suma de 500 libras esterlinas y varios cientos de acres de tierra fértil ocupada por campos y bosques.

En enero de 1646, la madre de Newton, Anne Ayscough (1623-1679) volvió a casarse. Tuvo tres hijos con su nuevo marido, un viudo de 63 años, y empezó a prestar poca atención a Isaac. El mecenas del niño era su tío materno, William Ayscough. De niño, Newton, según sus contemporáneos, era silencioso, retraído y aislado, aficionado a la lectura y a la fabricación de juguetes técnicos: un reloj de sol, un reloj de agua, un molino, etc. Toda su vida se sintió solo.

El padrastro murió en 1653 y parte de su herencia pasó a la madre de Newton y fue registrada inmediatamente por ella a favor de Isaac. La madre regresó a casa, pero su atención se centró en sus tres hijos menores y en el extenso hogar; Isaac seguía abandonado a su suerte.

En 1655, Newton, de 12 años, fue enviado a una escuela cercana en Grantham, donde vivía en la casa del boticario Clark. Pronto el muchacho demostró una capacidad sobresaliente, pero en 1659 su madre, Ana, lo devolvió a la hacienda y trató de confiar al hijo de 16 años parte de la gestión de la casa. El intento fue infructuoso: Isaac prefería leer libros, escribir poesía y, sobre todo, construir diversos mecanismos a cualquier otra actividad. En esta época, Stokes, el maestro de Newton, se dirigió a Anna y comenzó a persuadirla para que siguiera enseñando a su hijo, que estaba excepcionalmente dotado; a esta petición se sumaron el tío William y un conocido de Isaac en Grantham (pariente del químico Clark), Humphrey Babington, miembro del Trinity College de Cambridge. Con un esfuerzo conjunto acabaron por salirse con la suya. En 1661 Newton se graduó con éxito en la escuela y fue a continuar su educación en la Universidad de Cambridge.

Colegio de la Trinidad (1661-1664)

En junio de 1661, Newton, de 18 años, llegó a Cambridge. Según los estatutos, se le hizo un examen de latín, tras el cual se le comunicó que había sido admitido en el Trinity College (Colegio de la Santísima Trinidad) de la Universidad de Cambridge. Más de 30 años de la vida de Newton están asociados a esta institución.

El colegio, al igual que el resto de la universidad, pasaba por momentos difíciles. Recién restaurada la monarquía en Inglaterra (1660), el rey Carlos II retrasa a menudo los pagos debidos a la universidad y despide a la mayor parte del personal docente nombrado durante la revolución. Un total de 400 personas vivían en el Trinity College, incluyendo estudiantes, sirvientes y 20 mendigos a los que el estatuto exigía que el colegio diera limosna. El proceso educativo estaba en un estado deplorable.

Newton se inscribió como estudiante «sizar», al que no se le cobraron los derechos de matrícula (probablemente por consejo de Babington). Según las normas de la época, un sizer estaba obligado a pagar sus estudios mediante diversos trabajos en la Universidad o prestando servicios a estudiantes más ricos. Apenas se conservan pruebas documentales o recuerdos de este periodo de su vida. Durante estos años, el carácter de Newton terminó de perfilarse: deseo de llegar al fondo de las cosas, intolerancia al engaño, la calumnia y la opresión, e indiferencia a la fama pública. Todavía no tenía amigos.

En abril de 1664, Newton, tras aprobar sus exámenes, fue promovido a una categoría superior de estudiantes mayores (becarios), lo que le dio derecho a una beca y a continuar sus estudios en el colegio.

A pesar de los descubrimientos de Galileo, en Cambridge se seguía enseñando la ciencia y la filosofía según Aristóteles. Sin embargo, los cuadernos de Newton que se conservan mencionan ya a Galileo, Copérnico, el cartesianismo, Kepler y la teoría atomista de Gassendi. A juzgar por estos cuadernos, siguió fabricando (principalmente instrumentos científicos) y se apasionó por la óptica, la astronomía, las matemáticas, la fonética y la teoría musical. Según los recuerdos de su compañero de habitación, Newton se dedicó de lleno a sus estudios, olvidando la comida y el sueño; probablemente, a pesar de las dificultades, era el modo de vida que él mismo deseaba.

El año 1664 fue también rico en otros acontecimientos en la vida de Newton. Newton experimenta una gran agitación creativa, inicia su propia actividad científica y elabora una extensa lista (de 45 puntos) de problemas no resueltos de la naturaleza y la vida humana (Questiones quaedam philosophicae). Más tarde, listas similares aparecieron más de una vez en sus cuadernos de trabajo. En marzo de ese mismo año, en el recién creado (1663) Departamento de Matemáticas del colegio, comenzaron las clases de un nuevo profesor, Isaac Barrow, de 34 años, un importante matemático, futuro amigo y maestro de Newton. El interés de Newton por las matemáticas aumentó considerablemente. Realizó su primer gran descubrimiento matemático: la expansión del binomio para cualquier exponente racional (incluidos los negativos), y a través de ella llegó a su principal método matemático: la expansión de una función en una serie infinita. Al final del año, Newton se convirtió en estudiante.

Los fundamentos científicos de Newton y la inspiración de su obra estuvieron fuertemente influenciados por los físicos Galileo, Descartes y Kepler. Newton completó sus escritos combinándolos en un sistema universal del mundo. Otros matemáticos y físicos tuvieron una influencia menor pero significativa: Euclides, Fermat, Huygens, Wallis y su inmediato maestro Barrow. En el cuaderno de estudiante de Newton hay una frase programática:

No puede haber más soberano en la filosofía que la verdad… Deberíamos poner monumentos de oro a Kepler, Galileo y Descartes y escribir en cada uno de ellos: »Platón es un amigo, Aristóteles un amigo, pero el principal amigo es la verdad».

«Los años de la peste (1665-1667)

En la Nochebuena de 1664 empezaron a aparecer cruces rojas en las casas de Londres, las primeras marcas de la Gran Peste. En verano, la mortal epidemia se había ampliado considerablemente. El 8 de agosto de 1665, se suspendieron las clases en el Trinity College y se disolvió el personal hasta el final de la epidemia. Newton regresó a su casa en Woolsthorpe, llevándose los principales libros, cuadernos e instrumentos.

Fueron años desastrosos para Inglaterra: una peste devastadora (sólo en Londres murió una quinta parte de la población), una guerra devastadora con Holanda y el Gran Incendio de Londres. Pero gran parte de los descubrimientos científicos de Newton se realizaron en el aislamiento de los «años de la peste». De las notas conservadas se desprende que Newton, de 23 años, ya dominaba los métodos básicos del cálculo diferencial e integral, incluida la expansión de funciones en series y lo que más tarde se llamó la fórmula Newton-Leibniz. Realizó una serie de ingeniosos experimentos ópticos y demostró que el color blanco es una mezcla de los colores del espectro. Newton recordó más tarde estos años:

A principios de 1665 encontré el método de las series aproximadas y la regla de transformación de cualquier potencia de un polinomio en una serie de este tipo … en noviembre obtuve el método directo de las fluctuaciones; en enero del año siguiente obtuve la teoría de los colores, y en mayo comencé el método inverso de las fluctuaciones … En esta época me encontraba en el mejor período de mi juventud y estaba más interesado en las matemáticas y la filosofía que en cualquier otro momento posterior.

Pero su descubrimiento más significativo durante estos años fue la ley de la gravitación universal. Más tarde, en 1686, Newton escribió a Halley:

En documentos escritos hace más de 15 años (no puedo dar una fecha exacta, pero en cualquier caso fue antes de que comenzara mi correspondencia con Oldenburg) expresé la proporcionalidad cuadrática inversa de la gravitación de los planetas hacia el Sol en función de la distancia y calculé la relación correcta entre la gravedad de la Tierra y el conatus recedendi de la Luna respecto al centro de la Tierra, aunque no de forma precisa.

La inexactitud mencionada por Newton se debe a que éste tomó las dimensiones de la Tierra y el valor de la aceleración de la gravedad de la Mechanica de Galileo, donde se citaban con un margen de error considerable. Más tarde, Newton obtuvo los datos más precisos de Picard y se convenció finalmente de la veracidad de su teoría.

Es una leyenda muy conocida que Newton descubrió la ley de la gravitación al observar cómo caía una manzana de la rama de un árbol. La manzana de Newton fue vista por primera vez por William Stukeley, biógrafo de Newton (Memoirs of Newton»s Life, 1752):

Después de comer, el tiempo era cálido y salimos al huerto a tomar el té a la sombra de los manzanos. Me dijo que la idea de la gravedad se le había ocurrido mientras estaba sentado bajo un árbol exactamente igual. Estaba en un estado de ánimo contemplativo cuando, de repente, una manzana cayó de una rama. «¿Por qué las manzanas siempre caen perpendiculares al suelo?» – pensó.

La leyenda se hizo popular gracias a Voltaire. De hecho, como se puede ver en los cuadernos de Newton, su teoría de la gravitación universal se desarrolló gradualmente. Otro biógrafo, Henry Pemberton, cita el razonamiento de Newton (sin mencionar la manzana) con más detalle: «comparando los periodos de varios planetas y sus distancias al Sol, encontró que … esta fuerza debe disminuir en proporción cuadrática con el aumento de la distancia». En otras palabras, Newton descubrió que de la tercera ley de Kepler que relaciona los períodos de las órbitas de los planetas con su distancia al Sol, se desprende la «fórmula del cuadrado inverso» de la ley de la gravitación (en la aproximación de la órbita circular). La formulación final de la ley de la gravitación, que se incluye en los libros de texto, fue redactada por Newton más tarde, después de que las leyes de la mecánica quedaran claras para él.

Estos descubrimientos, y muchos de los posteriores, se publicaron entre 20 y 40 años después de que se hicieran. Newton no perseguía la fama. En 1670 le escribió a John Collins: «No veo nada deseable en la fama, incluso si fuera capaz de ganarla. Quizás aumentaría el número de mis conocidos, pero eso es precisamente lo que más deseo evitar». Su primer trabajo científico (no se encontró hasta 300 años después.

El comienzo de la fama científica (1667-1684)

En marzo y junio de 1666, Newton visitó Cambridge. Sin embargo, en verano, una nueva oleada de la peste le obligó a volver a casa. Finalmente, a principios de 1667 la epidemia remitió y en abril Newton regresó a Cambridge. El 1 de octubre fue elegido miembro del Trinity College y en 1668 se convirtió en maestro. Se le asignó una espaciosa habitación independiente para alojarse, se le asignó un salario (2 libras al año) y se le trasladó a un grupo de estudiantes con los que pasaba varias horas a la semana dedicándose con diligencia a las materias académicas estándar. Sin embargo, ni entonces ni después Newton se hizo famoso como profesor; sus conferencias eran poco concurridas.

Una vez reforzada su posición, Newton viajó a Londres, donde poco antes, en 1660, se había creado la Royal Society de Londres, una organización autorizada de destacados científicos, una de las primeras Academias de Ciencias. El órgano de prensa de la Royal Society era la revista Philosophical Transactions.

En 1669 comenzaron a aparecer en Europa trabajos matemáticos que utilizaban descomposiciones en series infinitas. Aunque la profundidad de estos descubrimientos no se comparaba con los de Newton, Barrow insistió en que su alumno registrara su prioridad en esta materia. Newton escribió un resumen breve pero razonablemente completo de esta parte de sus descubrimientos, que denominó Análisis por medio de ecuaciones con un número infinito de términos. Barrow envió este tratado a Londres. Newton pidió a Barrow que no revelara el nombre del autor de la obra (pero lo dejó escapar). «Análisis» se extendió entre los especialistas y ganó cierta fama en Inglaterra y más allá.

Ese mismo año, Barrow aceptó la invitación del rey para ser capellán de la corte y renunció a la enseñanza. El 29 de octubre de 1669, Newton, de 26 años, fue elegido para sucederle como «profesor Lucas» de matemáticas y óptica en el Trinity College. En este puesto, Newton recibía un salario de 100 libras esterlinas al año, sin incluir otras primas y estipendios de Trinity. El nuevo puesto también le dio a Newton más tiempo para su propia investigación. Barrow dejó a Newton un extenso laboratorio alquímico; durante este periodo Newton se interesó seriamente por la alquimia y realizó muchos experimentos químicos.

Al mismo tiempo, Newton continuó con sus experimentos en óptica y teoría del color. Newton investigó la aberración esférica y cromática. Para minimizarlos, construyó un telescopio reflector mixto: una lente y un espejo esférico cóncavo, que él mismo fabricó y pulió. James Gregory (1663) propuso por primera vez el diseño de un telescopio de este tipo, pero la idea nunca se llevó a cabo. El primer diseño de Newton (1668) no tuvo éxito, pero el siguiente, con un espejo más cuidadosamente pulido, a pesar de su pequeño tamaño, proporcionó un aumento de 40x de excelente calidad.

La noticia del nuevo instrumento llegó rápidamente a Londres y Newton fue invitado a mostrar su invento a la comunidad científica. A finales de 1671 o principios de 1672, el reflector fue demostrado al rey y luego a la Royal Society. El aparato fue aclamado por todo el mundo. Es probable que la importancia práctica del invento también influyera: la observación astronómica se utilizaba para determinar la hora exacta, esencial para la navegación en el mar. Newton se hizo famoso y en enero de 1672 fue elegido miembro de la Royal Society. Más tarde, los reflectores mejorados se convirtieron en las principales herramientas de los astrónomos y se utilizaron para descubrir el planeta Urano, otras galaxias y el desplazamiento al rojo.

En un principio, Newton apreciaba el compañerismo de los miembros de la Royal Society, de la que formaban parte, además de Barrow, James Gregory, John Wallis, Robert Hooke, Robert Boyle, Christopher Wren y otras conocidas figuras de la ciencia inglesa. Sin embargo, pronto surgieron tediosos conflictos, que a Newton le disgustaron mucho. En particular, hubo una agitada controversia sobre la naturaleza de la luz. Comenzó con el hecho de que en febrero de 1672 Newton publicó en Philosophical Transactions una descripción detallada de sus experimentos clásicos con prismas y su teoría del color. Hooke, que ya había publicado una teoría propia, argumentó que no le convencían los resultados de Newton y recibió el apoyo de Huygens alegando que la teoría de Newton «contradecía la sabiduría convencional». Newton no respondió a sus críticas hasta seis meses después, pero para entonces el número de críticos había aumentado considerablemente.

La avalancha de ataques incompetentes irritó y deprimió a Newton. Newton pidió al secretario de la Sociedad de Oldenburg que no le enviara más cartas críticas e hizo un voto para el futuro: no involucrarse en disputas científicas. En las cartas se quejaba de que se enfrentaba a una disyuntiva: o no publicar sus descubrimientos, o gastar todo su tiempo y energía en repeler las críticas de los profanos. Al final eligió la primera opción y presentó su renuncia a la Royal Society (8 de marzo de 1673). Oldenburg le convenció, no sin dificultad, de que se quedara, pero el contacto científico con la Sociedad se mantuvo al mínimo durante mucho tiempo.

En 1673 tuvieron lugar dos acontecimientos importantes. Primero: por decreto real, el viejo amigo y mecenas de Newton, Isaac Barrow, regresó a Trinity, ahora como jefe («maestro») del colegio. Segundo: Leibniz, conocido entonces como filósofo e inventor, se interesó por los descubrimientos matemáticos de Newton. Tras recibir la obra de Newton de 1669 sobre las series infinitas y estudiarla a fondo, pasó a desarrollar su propia versión del análisis. En 1676, Newton y Leibniz intercambiaron cartas en las que Newton explicaba algunos de sus métodos, respondía a las preguntas de Leibniz e insinuaba la existencia de métodos aún más generales, todavía inéditos (es decir, el cálculo diferencial e integral general). El secretario de la Royal Society, Henry Oldenburg, presionó a Newton para que publicara sus descubrimientos matemáticos sobre el análisis, pero Newton respondió que llevaba cinco años dedicándose a otro tema y que no quería distraerse. Newton no respondió a la siguiente carta de Leibniz. La primera publicación breve sobre la versión del análisis de Newton no apareció hasta 1693, cuando la versión de Leibniz ya se había difundido ampliamente por Europa.

El final de la década de 1670 fue triste para Newton. En mayo de 1677, Barrow, de 47 años, murió inesperadamente. En el invierno de ese mismo año se produjo un gran incendio en la casa de Newton y se quemó parte de los archivos de manuscritos de Newton. En septiembre de 1677 murió Oldenburg, el secretario favorito de Newton en la Royal Society, y Hooke, que trataba a Newton de forma desfavorable, se convirtió en el nuevo secretario. En 1679 la madre de Anna cayó gravemente enferma; Newton lo dejó todo para atenderla y participó activamente en su cuidado, pero el estado de su madre empeoró rápidamente y murió. Madre y Barrow eran de las pocas personas que alegraban la soledad de Newton.

«Los inicios matemáticos de la filosofía natural» (1684-1686)

La historia de esta obra, una de las más famosas de la historia de la ciencia, comenzó en 1682, cuando el paso del cometa Halley despertó el interés por la mecánica celeste. Edmond Halley intentó persuadir a Newton para que publicara su «teoría general del movimiento», que se rumoreaba desde hacía tiempo en la comunidad científica. Newton, que no quería verse envuelto en nuevas disputas y disputas científicas, se negó.

En agosto de 1684, Halley llegó a Cambridge y le dijo a Newton que él, Wren y Hooke estaban discutiendo cómo deducir la elipticidad de las órbitas de los planetas a partir de la fórmula de la ley de la gravitación, pero que no sabían cómo abordar la solución. Newton dijo que ya tenía esa prueba y en noviembre envió el manuscrito terminado a Halley. Inmediatamente reconoció el valor del resultado y del método, volvió a visitar a Newton y esta vez consiguió convencerle de que publicara sus hallazgos. El 10 de diciembre de 1684 apareció una anotación histórica en las Actas de la Royal Society:

El Sr. Halley… vio recientemente al Sr. Newton en Cambridge y le mostró un interesante tratado «De motu». De acuerdo con los deseos del Sr. Halley, Newton prometió enviar el tratado a la Sociedad.

El trabajo en el libro se prolongó desde 1684 hasta 1686. Según los recuerdos de Humphrey Newton, pariente del científico y su ayudante durante estos años, al principio Newton escribió los «Elementos» entre los experimentos alquímicos a los que prestaba más atención, luego se fue entusiasmando y se dedicó con entusiasmo a trabajar en el libro principal de su vida.

La publicación iba a ser financiada por la Royal Society, pero a principios de 1686 la Sociedad publicó un tratado sobre la historia de los peces que no tuvo demanda, por lo que agotó su presupuesto. Halley anunció entonces que correría con los gastos de publicación. La sociedad aceptó con gratitud esta generosa oferta y proporcionó gratuitamente a Halley 50 ejemplares del tratado sobre la historia de los peces como compensación parcial.

La obra de Newton -quizá por analogía con los Principios de la Filosofía de Descartes (1644) o, según algunos historiadores de la ciencia, un desafío a los cartesianos- se llamó Principios Matemáticos de la Filosofía Natural (en latín Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), es decir, en lenguaje moderno, Fundamentos Matemáticos de la Física.

El 28 de abril de 1686 se presentó a la Royal Society el primer volumen de Mathematical Beginnings. Los tres volúmenes se publicaron en 1687, después de algunas ediciones del autor. La tirada (unos 300 ejemplares) se agotó en cuatro años, muy rápido para la época.

Tanto física como matemáticamente, la obra de Newton es cualitativamente superior a la de todos sus predecesores. Carece de la metafísica aristotélica o cartesiana, con sus razonamientos vagos y sus «causas profundas», a menudo inverosímiles, de los fenómenos naturales. Newton, por ejemplo, no proclama que la ley de la gravitación opera en la naturaleza, sino que demuestra estrictamente este hecho, basándose en el patrón de movimiento observado de los planetas y sus satélites. El método de Newton consiste en crear un modelo del fenómeno «sin inventar hipótesis», y luego, si los datos son suficientes, buscar sus causas. Este enfoque, iniciado por Galileo, supuso el fin de la antigua física. La descripción cualitativa de la naturaleza dio paso a la cuantitativa: cálculos, dibujos y tablas ocupan una parte considerable del libro.

En su libro, Newton definió con claridad los conceptos básicos de la mecánica e introdujo varios nuevos, entre los que se encuentran magnitudes físicas tan importantes como la masa, la fuerza externa y la cantidad de movimiento. Se formularon las tres leyes de la mecánica. Se ofrece una derivación rigurosa de las tres leyes de gravitación de Kepler. Obsérvese que también se describieron órbitas hiperbólicas y parabólicas de cuerpos celestes desconocidos para Kepler. Newton no discute directamente la verdad del sistema heliocéntrico copernicano, pero lo da a entender; incluso estima la desviación del Sol respecto al centro de masa del sistema solar. En otras palabras, el Sol en el sistema de Newton, a diferencia del de Kepler, no descansa, sino que obedece a las leyes generales del movimiento. El sistema general también incluye a los cometas, cuyas órbitas fueron muy controvertidas en su momento.

Un punto débil de la teoría de la gravitación de Newton, según muchos científicos de la época, era la falta de explicación de la naturaleza de esta fuerza. Newton sólo expuso el aparato matemático, dejando abiertas las cuestiones de la causa de la gravitación y su medio material. Para una comunidad científica educada en la filosofía de Descartes, éste era un enfoque desconocido y desafiante, y sólo el éxito triunfal de la mecánica celeste en el siglo XVIII obligó a los físicos a aceptar temporalmente la teoría de Newton. La base física de la gravitación no quedó clara hasta más de dos siglos después, con la llegada de la Teoría General de la Relatividad.

El aparato matemático y la estructura general del libro fueron construidos por Newton lo más cerca posible del estándar de rigor científico reconocido por sus contemporáneos: los Elementos de Euclides. Evitó deliberadamente utilizar el análisis matemático en casi todas partes, ya que el uso de métodos nuevos y desconocidos habría puesto en peligro la credibilidad de los resultados. Sin embargo, esta precaución devaluó el método de presentación de Newton para las generaciones posteriores de lectores. El libro de Newton fue la primera obra de la nueva física y, al mismo tiempo, una de las últimas obras serias que utilizó los antiguos métodos de investigación matemática. Todos los seguidores de Newton ya utilizaban los potentes métodos de análisis matemático que él había creado. D»Alambert, Euler, Laplace, Clero y Lagrange fueron los mayores sucesores directos del trabajo de Newton.

El libro se publicó tres veces en vida del autor, y cada reedición incluía importantes adiciones y correcciones del autor.

Administración (1687-1703)

El año 1687 no sólo estuvo marcado por la publicación del gran libro, sino también por el conflicto de Newton con el rey Jaime II. En febrero, el rey, en un movimiento consecuente para restaurar el catolicismo en Inglaterra, ordenó a la Universidad de Cambridge que concediera un título de maestría a un monje católico, Alban Francis. Las autoridades universitarias dudaron, sin querer infringir la ley ni molestar al rey; pronto se convocó a una delegación de académicos, entre los que se encontraba Newton, para reprender a Lord High Justice George Jeffreys, conocido por su rudeza y crueldad. Newton se opuso a cualquier compromiso que atentara contra la autonomía universitaria y convenció a la delegación para que adoptara una postura de principios. Finalmente, el vicerrector de la universidad fue destituido, pero el deseo del rey nunca se cumplió. En una de sus cartas de estos años, Newton expuso sus principios políticos:

Todo hombre honesto está obligado por las leyes de Dios y del hombre a obedecer los mandatos legales del Rey. Pero si se aconseja a Su Majestad que exija algo que no se puede hacer por ley, nadie debe sufrir daño si desatiende tal exigencia.

En 1689, tras el derrocamiento del rey Jacobo II, Newton fue elegido por primera vez al Parlamento por la Universidad de Cambridge y ocupó un escaño durante algo más de un año. Volvió a ser miembro del Parlamento de 1701 a 1702. Hay una anécdota popular que dice que sólo tomó la palabra para hablar en la Cámara de los Comunes una vez, pidiendo que se cerrara una ventana para evitar una corriente de aire. De hecho, Newton desempeñó sus funciones parlamentarias con la misma integridad con la que trataba todos sus asuntos.

Alrededor de 1691 Newton enfermó gravemente (probablemente envenenado durante unos experimentos químicos, aunque otras versiones incluyen el exceso de trabajo, el shock tras un incendio que provocó la pérdida de resultados importantes y las enfermedades relacionadas con la edad). Los familiares temían por su salud mental; varias de las cartas que se conservan de esta época muestran indicios de trastornos mentales. No fue hasta finales de 1693 que la salud de Newton se recuperó por completo.

En 1679 Newton conoció en Trinity a Charles Montague (1661-1715), un aristócrata de 18 años amante de la ciencia y la alquimia. Probablemente, Newton causó una fuerte impresión en Montague, ya que en 1696, habiéndose convertido en Lord Halifax, presidente de la Royal Society y Canciller del Exchequer (es decir, Ministro de Hacienda de Inglaterra), Montague sugirió al Rey que nombrara a Newton como conservador de la Casa de la Moneda. El rey dio su consentimiento, y en 1696 Newton asumió el cargo, dejó Cambridge y se trasladó a Londres.

Para empezar, Newton hizo un estudio exhaustivo de la tecnología de acuñación, puso en orden los papeles y rediseñó la contabilidad de los últimos 30 años. Al mismo tiempo, Newton promovió con energía y pericia la reforma monetaria en curso de Montague, restableciendo la confianza en el sistema monetario inglés, totalmente descuidado por sus predecesores. En Inglaterra en estos años se utilizaron casi exclusivamente monedas incompletas, y en no poca cantidad y falsificadas. El desprendimiento de los bordes de las monedas de plata estaba muy extendido, y las monedas recién acuñadas desaparecían nada más entrar en circulación porque se fundían en masa, se exportaban al extranjero y se escondían en cofres. Montague llegó entonces a la conclusión de que la situación sólo podía cambiarse mediante la recirculación de todas las monedas que circulaban en Inglaterra y la prohibición de la circulación de monedas cortadas, lo que requería un aumento drástico de la productividad de la Real Casa de la Moneda. Esto requería un administrador competente, y ése fue exactamente el hombre que Newton asumió como Guardián de la Casa de la Moneda en marzo de 1696.

Gracias a las enérgicas acciones de Newton durante 1696 se estableció una red de sucursales de la Casa de la Moneda en ciudades de toda Inglaterra, particularmente en Chester, donde Newton puso a su amigo Halley como director de la sucursal, aumentando la producción de moneda de plata por un factor de 8. Newton introdujo el uso del grano inscrito en la tecnología de acuñación de monedas, después de lo cual la molienda criminal del metal se hizo prácticamente imposible. Las antiguas monedas de plata defectuosas se retiraron completamente de la circulación y se volvieron a acuñar en 2 años, se aumentó la producción de nuevas monedas para satisfacer la demanda y se mejoró su calidad. Durante reformas similares, la gente tuvo que cambiar el dinero antiguo por el peso, tras lo cual la cantidad de efectivo disminuiría tanto en los individuos (privados y legales) como en todo el país, pero los intereses y los pasivos crediticios seguirían siendo los mismos, lo que provocó el estancamiento de la economía. Newton propuso cambiar el dinero por su valor nominal, lo que evitó estos problemas, y la inevitable escasez se suplió con préstamos de otros países (sobre todo de los Países Bajos). La inflación bajó, pero la deuda externa del Estado aumentó hasta alcanzar tamaños sin precedentes en la historia de Inglaterra a mediados de siglo. Sin embargo, durante este tiempo, se produjo un considerable crecimiento económico, lo que llevó a un aumento de los pagos de impuestos al fisco (de igual cuantía que los de Francia, a pesar de que este país tenía 2,5 veces más habitantes), por lo que la deuda nacional se fue pagando poco a poco.

En 1699 se completó el reciclaje de monedas y, aparentemente como recompensa por sus servicios, en ese año Newton fue nombrado gerente («maestro») de la Casa de la Moneda. Sin embargo, un hombre honesto y competente al frente de la Casa de la Moneda no convenía a todos. Las quejas y las denuncias se sucedieron contra Newton desde los primeros días; las comisiones de verificación aparecían constantemente. Resultó que muchas de las denuncias provenían de falsificadores irritados por las reformas de Newton. En general, Newton era indiferente a las murmuraciones, pero nunca perdonaba si afectaban a su honor y reputación. Participó personalmente en docenas de investigaciones, y más de 100 falsificadores fueron localizados y condenados; en ausencia de circunstancias agravantes, la mayoría fueron exiliados a las colonias norteamericanas, pero varios cabecillas fueron ejecutados. El número de monedas falsas en Inglaterra disminuyó considerablemente. Montague, en sus memorias, alabó las extraordinarias habilidades administrativas de Newton que aseguraron el éxito de la reforma. Así, las reformas llevadas a cabo por el erudito no sólo evitaron una crisis económica, sino que décadas más tarde condujeron a un importante aumento de la riqueza del país.

En abril de 1698, el zar ruso Pedro I visitó tres veces la Casa de la Moneda en el marco de la «Gran Embajada»; desgraciadamente, no se han conservado los detalles de su visita ni de la comunicación con Newton. Se sabe, sin embargo, que en 1700 en Rusia se llevó a cabo una reforma de la moneda, similar a la inglesa. Y en 1713, Newton envió los seis primeros ejemplares impresos de la segunda edición de los Elementos al zar Pedro en Rusia.

El símbolo del triunfo científico de Newton se convirtió en dos acontecimientos en 1699: comenzó a enseñar el sistema newtoniano del mundo en Cambridge (a partir de 1704 – y en Oxford), y la Academia de Ciencias de París, baluarte de sus oponentes cartesianos, lo eligió su miembro extranjero. Durante todo este tiempo, Newton siguió figurando como miembro y profesor del Trinity College, pero en diciembre de 1701 renunció oficialmente a todos sus cargos en Cambridge.

En 1703 murió el presidente de la Royal Society, Lord John Somers, que sólo asistió dos veces durante sus cinco años de presidencia. En noviembre, Newton fue elegido su sucesor y dirigió la Sociedad durante el resto de su vida, más de veinte años. A diferencia de sus predecesores, asistió personalmente a todas las reuniones e hizo todo lo posible para que la Royal Society británica ocupara un lugar de honor en el mundo científico. Aumentó el número de miembros de la Sociedad (entre los que se encontraban, además de Halley, Denis Papin, Abraham de Moivre, Roger Cotes y Brooke Taylor), se realizaron y discutieron experimentos interesantes, la calidad de los artículos de las revistas mejoró considerablemente y se aliviaron los problemas financieros. La sociedad adquirió secretarios pagados y su propia residencia (en Fleet Street); Newton pagó el coste del traslado de su propio bolsillo. Durante estos años, Newton fue invitado con frecuencia como asesor de diversas comisiones gubernamentales, y la princesa Carolina, futura reina de Gran Bretaña (esposa de Jorge II), pasaba horas con él en palacio en conversaciones sobre temas filosóficos y religiosos.

Años recientes

En 1704 publicó (por primera vez en inglés) una monografía, Optics, que definió el desarrollo de esta ciencia hasta principios del siglo XIX. Contenía un apéndice, Sobre la cuadratura de las curvas, la primera y bastante completa exposición de la versión de Newton del análisis matemático. De hecho, es la última obra de Newton sobre las ciencias naturales, aunque vivió más de 20 años. El catálogo de la biblioteca que dejó contenía libros sobre todo de historia y teología, y a ellos dedicó Newton el resto de su vida. Newton siguió siendo el administrador de la Casa de la Moneda, ya que este cargo, a diferencia del de supervisor, no le exigía ser especialmente activo. Dos veces a la semana viajaba a la Casa de la Moneda, una vez a la semana a una reunión de la Royal Society. Newton nunca viajó fuera de Inglaterra.

En 1705, la reina Ana nombró caballero a Newton. A partir de entonces era Sir Isaac Newton. Fue la primera vez en la historia de Inglaterra que se concedió el título de caballero por méritos científicos; la siguiente vez que ocurrió fue más de un siglo después (1819, en relación con Humphrey Davy). Sin embargo, algunos biógrafos creen que la Reina no estaba motivada por la ciencia sino por la política. Newton adquirió su propio escudo de armas y un pedigrí no muy fiable.

En 1707, Newton publicó una colección de conferencias sobre el álgebra llamada Aritmética Universal. Los métodos numéricos que contenía marcaron el nacimiento de una nueva y prometedora disciplina, el análisis numérico.

En 1708 comenzó una abierta disputa de prioridades con Leibniz (véase más adelante), en la que incluso la realeza se vio involucrada. Esta disputa entre los dos genios le costó cara a la ciencia: la escuela matemática inglesa decayó pronto en su actividad durante un siglo, mientras que la europea ignoró muchas de las ideas destacadas de Newton, redescubriéndolas mucho más tarde. El conflicto no se extinguió ni siquiera con la muerte de Leibniz (1716).

La primera edición de los Elementos de Newton se agotó hace tiempo. Los muchos años de trabajo de Newton para preparar la segunda edición, aclarada y complementada, se vieron coronados por el éxito en 1710, cuando salió el primer volumen de la nueva edición (el último, el tercero, en 1713). La tirada inicial (700 ejemplares) fue claramente insuficiente, y se reimprimieron ejemplares adicionales en 1714 y 1723. Al finalizar el segundo volumen, Newton, como excepción, tuvo que volver a la física para explicar la discrepancia entre la teoría y los datos experimentales, e inmediatamente hizo un gran descubrimiento: la contracción hidrodinámica de un chorro. Ahora la teoría concuerda bien con el experimento. Newton añadió una «Exhortación» al final del libro con una crítica demoledora a la «teoría de los vórtices» con la que sus oponentes cartesianos intentaban explicar el movimiento de los planetas. A la pregunta natural «¿cómo es realmente?», el libro sigue con la famosa y honesta respuesta: «La razón… de las propiedades de la gravitación aún no he podido deducirla de los fenómenos; no concibo hipótesis».

En abril de 1714, Newton resumió sus experiencias con la regulación financiera y presentó su artículo «Observaciones sobre el valor del oro y la plata» al Tesoro. El artículo contenía propuestas concretas para ajustar el valor de los metales preciosos. Estas propuestas fueron parcialmente aceptadas y tuvieron un efecto favorable en la economía inglesa.

Poco antes de su muerte, Newton fue una de las víctimas de una gran estafa financiera de la South Seas Trading Company respaldada por el gobierno. Compró los títulos de la empresa por una gran suma y también insistió en que los comprara la Real Sociedad. El 24 de septiembre de 1720, el banco de la empresa se declaró en quiebra. Su sobrina Catherine recuerda en sus notas que Newton perdió más de 20.000 libras, tras lo cual dijo que podía calcular el movimiento de los cuerpos celestes, pero no la locura de las multitudes. Sin embargo, muchos biógrafos creen que Catalina no se refería a una pérdida real, sino a la falta de beneficios esperados. Tras la quiebra de la empresa, Newton se ofreció a compensar a la Royal Society de su propio bolsillo, pero su oferta fue rechazada.

Newton dedicó los últimos años de su vida a escribir La cronología de los antiguos reinos, para lo que empleó unos 40 años en preparar la tercera edición de Beginnings, que salió a la luz en 1726. A diferencia de la segunda, los cambios en la tercera edición fueron menores, principalmente los resultados de nuevas observaciones astronómicas, incluyendo una guía bastante completa de los cometas observados desde el siglo XIV. Entre otras cosas, se presentó la órbita calculada del cometa Halley, cuya nueva aparición en aquella época (1758) confirmaba claramente los cálculos teóricos de (por entonces ya fallecidos) Newton y Halley. La tirada del libro podría considerarse enorme para una publicación científica de aquellos años: 1.250 ejemplares.

En 1725 la salud de Newton empezó a decaer notablemente y se trasladó a Kensington, cerca de Londres, donde murió mientras dormía el 20 (31) de marzo de 1727.No dejó testamento escrito, pero dejó gran parte de su gran fortuna a sus familiares más cercanos poco antes de su muerte. Está enterrado en la Abadía de Westminster. Fernando Savater, según las cartas de Voltaire, describe así el funeral de Newton:

Todo Londres participó. En primer lugar, el cuerpo fue expuesto al público en un lujoso coche fúnebre flanqueado por enormes lámparas, y luego fue llevado a la Abadía de Westminster, donde Newton fue enterrado entre reyes y destacados estadistas. A la cabeza del cortejo fúnebre iba el Lord Canciller, seguido de todos los ministros reales.

Rasgos de carácter

Es difícil trazar un retrato psicológico de Newton, ya que incluso sus simpatizantes suelen atribuirle diferentes cualidades. Hay que tener en cuenta el culto a Newton en Inglaterra, que obligó a los autores de memorias a dotar al gran científico de todas las virtudes imaginables, ignorando las contradicciones reales de su naturaleza. Además, hacia el final de su vida, el carácter de Newton desarrolló rasgos como el buenismo, la condescendencia y la sociabilidad que antes no le caracterizaban.

Newton era bajito, de complexión robusta, con el pelo ondulado. Apenas se enfermó, conservó su espesa cabellera (ya bastante canosa desde los 40 años) y todos sus dientes menos uno hasta su vejez. Nunca (según otros informes, casi nunca) utilizó gafas, aunque era algo miope. Casi nunca se reía o se molestaba, no hay constancia de que hiciera chistes o mostrara sentido del humor. Era cuidadoso y frugal con el dinero, pero no tacaño. Nunca estuvo casado. Por lo general, se encontraba en una profunda concentración interior, lo que a menudo le hacía estar distraído: por ejemplo, una vez, cuando invitó a alguien, fue a la despensa a por vino, pero entonces le asaltó una idea científica y se apresuró a ir a su estudio. Era indiferente al deporte, la música, el arte, el teatro y los viajes. Su ayudante recordaba: «No se permitía ningún descanso ni respiro… consideraba que perdía cada hora que no se dedicaba a la ocupación… Creo que le entristecía la necesidad de dedicar tiempo a la comida y al sueño. Dicho todo esto, Newton supo combinar el sentido práctico y el sentido común, lo que quedó patente en su exitosa gestión de la Casa de la Moneda y de la Real Sociedad.

Criado en la tradición puritana, Newton se impuso una serie de rígidos principios y restricciones. Y no era proclive a perdonar a los demás lo que no se hubiera perdonado a sí mismo; esto estaba en la raíz de muchos de sus conflictos (véase más adelante). Era cariñoso con sus parientes y muchos colegas, pero no tenía amigos íntimos, no buscaba la compañía de otros, se mantenía distante. Sin embargo, Newton no era insensible ni indiferente a la situación de los demás. Cuando, tras la muerte de su hermanastra Ana, sus hijos se quedaron sin medios de subsistencia, Newton nombró a los hijos menores de edad a beneficio, y más tarde la hija de Ana, Catalina, se hizo cargo de la crianza. También ayudaba regularmente a otros familiares. «Siendo frugal y prudente, era al mismo tiempo muy libre con el dinero y siempre estaba dispuesto a ayudar a un amigo que lo necesitara sin ser molesto. Era especialmente generoso con los jóvenes. Muchos científicos ingleses famosos -Stirling, McLaren, el astrónomo James Pound y otros- recordaban con profunda gratitud la ayuda prestada por Newton al comienzo de su carrera científica.

Conflictos

En 1675 Newton envió a la Sociedad su tratado con nuevas investigaciones y especulaciones sobre la naturaleza de la luz. Robert Hooke declaró en la reunión que todo lo valioso del tratado ya estaba en el libro de Hooke publicado anteriormente, Micrografía. En conversaciones privadas acusó a Newton de plagio: «He demostrado que el señor Newton utilizó mis hipótesis sobre los impulsos y las ondas» (del diario de Hooke). Hooke impugnó la prioridad de todos los descubrimientos de Newton en el campo de la óptica, excepto aquellos con los que no estaba de acuerdo. Oldenburg informó inmediatamente a Newton de estas acusaciones, y éste las consideró insinuaciones. Esta vez el conflicto se resolvió y los científicos intercambiaron cartas de conciliación (1676). Sin embargo, desde ese momento y hasta la muerte de Hooke (1703), Newton no publicó ningún trabajo sobre óptica, aunque había acumulado una enorme cantidad de material que sistematizó en su monografía clásica, Óptica (1704).

Otra controversia prioritaria fue el descubrimiento de la ley de la gravitación. Ya en 1666, Hooke llegó a la conclusión de que el movimiento de los planetas es una superposición de caída sobre el Sol debida a la fuerza de gravedad de éste, y de movimiento inercial tangencial a la trayectoria del planeta. En su opinión, esta superposición de movimientos es la responsable de la forma elíptica de la trayectoria del planeta alrededor del Sol. Sin embargo, no pudo demostrarlo matemáticamente y envió una carta a Newton en 1679, ofreciéndole su colaboración para resolver el problema. La carta también sugería que la fuerza de atracción hacia el sol disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia. En respuesta, Newton comentó que anteriormente había tratado el problema del movimiento planetario, pero que había abandonado estos estudios. De hecho, como demuestran los documentos encontrados posteriormente, Newton se ocupó del problema del movimiento planetario ya en 1665-1669, cuando, basándose en la ley III de Kepler, comprobó que «la tendencia de los planetas a alejarse del Sol será inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias al Sol». Sin embargo, la idea de que la órbita de un planeta es únicamente el resultado de la igualdad de las fuerzas de gravitación hacia el Sol y la fuerza centrífuga no había sido aún plenamente desarrollada por él en aquella época.

La correspondencia entre Hooke y Newton se rompió posteriormente. Hooke volvió a intentar trazar la trayectoria del planeta según la ley de los cuadrados inversos. Sin embargo, estos intentos también resultaron infructuosos. Mientras tanto, Newton volvió al estudio del movimiento planetario y resolvió el problema.

Cuando Newton estaba preparando sus Elementos para su publicación, Hooke exigió que Newton estipulara en el prefacio la prioridad de Hooke para la ley de la gravitación. Newton objetó que Bullwald, Christopher Wren y el propio Newton habían llegado a la misma fórmula de forma independiente y antes que Hooke. Estalló un conflicto que envenenó la vida de ambos científicos.

Los autores modernos rinden homenaje tanto a Newton como a Hooke. La prioridad de Hooke consiste en plantear el problema de construir la trayectoria del planeta gracias a la superposición de su caída hacia el Sol según la ley de los cuadrados inversos y el movimiento por inercia. También es posible que fuera la carta de Hooke la que animara directamente a Newton a completar el problema. Sin embargo, el propio Hooke no resolvió el problema, ni adivinó la universalidad de la gravedad,

Si se conectan en uno todas las suposiciones y pensamientos de Hooke sobre el movimiento de los planetas y la gravitación, expresados por él durante casi 20 años, nos encontramos con casi todas las conclusiones principales de los «Elementos» de Newton, sólo que expresadas de forma incierta y poco demostrable. Sin resolver el problema, Hooke encontró la respuesta. Sin embargo, lo que tenemos delante no es un pensamiento accidental, sino sin duda el fruto de un largo trabajo. Hooke tenía la brillante intuición de un físico-experimentador que discierne las verdaderas relaciones y leyes de la naturaleza en un laberinto de hechos. Con una rara intuición similar del experimentador nos encontramos en la historia de la ciencia con Faraday, pero Hooke y Faraday no eran matemáticos. Su trabajo fue completado por Newton y Maxwell.La lucha sin rumbo con Newton por la prioridad ensombreció el glorioso nombre de Hooke, pero la historia es el momento, después de casi tres siglos, de rendir homenaje a cada uno. Hooke no pudo recorrer el camino recto e inmaculado de los Principios Matemáticos de Newton, pero por sus rodeos, de los que ahora no encontramos rastro, llegó al mismo lugar.

La relación de Newton con Hooke siguió siendo tensa después. Por ejemplo, cuando Newton presentó a la Sociedad una nueva construcción del sextante que había inventado, Hooke afirmó inmediatamente que él había inventado tal dispositivo más de 30 años antes (aunque nunca había construido un sextante). Sin embargo, Newton era consciente del valor científico de los descubrimientos de Hooke y mencionó varias veces a su oponente, ya fallecido, en su Óptica.

Además de con Newton, Hooke tuvo disputas prioritarias con muchos otros científicos ingleses y continentales, como Robert Boyle, al que acusó de apropiarse de una mejora de la bomba de aire, y el secretario de la Royal Society, Oldenburg, alegando que Huygens había robado a Hooke la idea del reloj de muelle espiral a través de Oldenburg.

El mito de que Newton supuestamente ordenó la destrucción del único retrato de Hooke se discute más adelante.

John Flemsteed, el eminente astrónomo inglés, conoció a Newton en Cambridge (1670) cuando Flemsteed era aún estudiante y Newton maestro. Sin embargo, casi al mismo tiempo que Newton, Flemsteed también se hizo famoso: en 1673 publicó tablas astronómicas de extraordinaria calidad, por lo que el rey le concedió una audiencia personal y el título de «Astrónomo Real». Además, el rey hizo construir un observatorio en Greenwich, cerca de Londres, y lo puso a disposición de Flemstead. Sin embargo, el rey consideró que el dinero para equipar el observatorio era un gasto innecesario y casi todos los ingresos de Flemsteed se destinaron a la construcción de instrumentos y al funcionamiento del observatorio.

Al principio, la relación entre Newton y Flemsteed era de buena voluntad. Newton estaba preparando una segunda edición de los Elementos y necesitaba urgentemente observaciones precisas de la luna para construir y (la teoría del movimiento de la luna y los cometas de la primera edición era insatisfactoria. También fue importante para la validación de la teoría de la gravitación de Newton, que fue muy criticada por los cartesianos del continente. Flemsteed le proporcionó de buen grado los datos solicitados, y en 1694 Newton le dijo con orgullo a Flemsteed que una comparación de los datos calculados y experimentales mostraba su coincidencia práctica. En algunas cartas, Flemstead instaba a Newton a estipular su prioridad, la de Flemstead, si se utilizaban las observaciones; esto se aplicaba principalmente a Halley, a quien Flemstead no quería y sospechaba de deshonestidad científica, pero también podía significar una falta de confianza en el propio Newton. Las cartas de Flemstead comienzan a mostrar resentimiento:

Estoy de acuerdo: el alambre es más valioso que el oro del que está hecho. Sin embargo, he recogido este oro, lo he limpiado y lavado, y no me atrevo a pensar que aprecies tan poco mi ayuda sólo porque la hayas recibido tan fácilmente.

El conflicto abierto comenzó con una carta de Flemsteed en la que se disculpaba por haber encontrado una serie de errores sistemáticos en algunos de los datos entregados a Newton. Esto puso en peligro la teoría de la Luna de Newton y le obligó a rehacer los cálculos, mientras que la credibilidad de los demás datos también se tambaleó. Newton, que no toleraba la deshonestidad, estaba muy irritado e incluso sospechaba que Flemsteed había cometido los errores deliberadamente.

En 1704, Newton visitó a Flemstead, que para entonces había obtenido nuevos datos de observación extremadamente precisos, y le pidió que se los transmitiera; a cambio, Newton prometió ayudar a Flemstead en la publicación de su principal obra, el Gran Catálogo Estelar. Sin embargo, Flemsteed comenzó a postergarlo por dos razones: el catálogo aún no estaba completo y ya no confiaba en Newton y temía el robo de sus valiosas observaciones. Flemstead utilizó las calculadoras experimentadas que le dieron para completar su trabajo con el fin de calcular las posiciones de las estrellas, mientras que Newton se interesó principalmente por la luna, los planetas y los cometas. Finalmente, en 1706, se inició la impresión del libro, pero Flemstead, que padecía una dolorosa gota y cada vez era más desconfiado, exigió a Newton que no abriera la copia sellada del ejemplar mecanografiado antes de que se completara la impresión; Newton, que necesitaba los datos con urgencia, desobedeció esta orden y escribió los valores correctos. La tensión creció. Flemstead dio un escándalo a Newton por intentar corregir personalmente los errores. La impresión del libro avanzó con extrema lentitud.

Debido a las dificultades financieras, Flemstead dejó de pagar su cuota de socio y fue expulsado de la Royal Society; un nuevo golpe vino de la Reina, que, aparentemente a petición de Newton, transfirió el control del observatorio a la Sociedad. Newton dio un ultimátum a Flemsteed:

Ha presentado un catálogo imperfecto en el que faltan muchas cosas, no ha dado las posiciones de las estrellas que eran deseables, y he oído que ahora se ha dejado de imprimir por no haberlo hecho. Por lo tanto, se espera de usted lo siguiente: o bien enviará el final de su catálogo al Dr. Arbetnott, o al menos le enviará los datos de las observaciones necesarias para el final, para que se pueda proceder a la impresión.

Newton también amenazó con que más retrasos serían considerados como insubordinación a las órdenes de Su Majestad. En marzo de 1710, Flemsteed, tras acaloradas quejas sobre la injusticia y las intrigas de sus enemigos, entregó, no obstante, las últimas hojas de su catálogo, y a principios de 1712 se publicó el primer volumen, titulado Historia Celeste. Contenía todos los datos que Newton necesitaba, y un año más tarde tampoco tardó en aparecer una edición revisada de Iniquidad, con una teoría de la Luna mucho más precisa. Un vengativo Newton no incluyó ningún agradecimiento a Flemsteed y tachó todas las referencias a él que estaban presentes en la primera edición. En respuesta, Flemsteed quemó en su chimenea los 300 ejemplares no vendidos del catálogo y comenzó a preparar una segunda edición, ya a su gusto. Murió en 1719, pero gracias a los esfuerzos de su esposa y sus amigos, esta notable edición, el orgullo de la astronomía inglesa, se publicó en 1725.

El sucesor de Flemstead en el Real Observatorio fue Halley, quien también clasificó inmediatamente todas sus observaciones para evitar que sus rivales robaran los datos. No hubo ningún conflicto con Halley, pero en las reuniones de la Sociedad, Newton reprendió repetidamente a Halley por su falta de voluntad para compartir los datos que Newton necesitaba.

A partir de los documentos existentes, los historiadores de la ciencia han establecido que Newton creó el cálculo diferencial e integral ya en 1665-1666, pero no lo publicó hasta 1704. Leibniz desarrolló su versión del análisis de forma independiente (a partir de 1675), aunque el impulso inicial de su pensamiento provino probablemente de los rumores de que Newton ya disponía de dicho cálculo, así como de las conversaciones científicas en Inglaterra y la correspondencia con Newton. A diferencia de Newton, Leibniz publicó inmediatamente su versión y posteriormente, junto con Jacob y Johann Bernoulli, promovió ampliamente este descubrimiento trascendental en toda Europa. La mayoría de los científicos del continente no dudaban de que Leibniz había descubierto el análisis.

Respondiendo a las súplicas de sus amigos, que apelaban a su patriotismo, Newton en el 2º libro de sus Elementos (1687) dijo:

En las cartas que hace unos diez años intercambié con un matemático muy hábil, el Sr. Leibniz, le informé de que poseía un método para determinar máximos y mínimos, para trazar tangentes y para resolver cuestiones similares, igualmente aplicable tanto a los términos racionales como a los irracionales, y oculté el método cambiando las letras de la siguiente frase: «cuando se da una ecuación que contiene cualquier número de cantidades actuales, halla los fluidos y viceversa». El eminentísimo esposo me contestó que él también atacó tal método y me informó de su método, que apenas se diferenciaba del mío, y eso sólo en los términos y en la letra de las fórmulas.

En 1693, cuando Newton publicó finalmente el primer resumen de su versión del análisis, intercambió cartas amistosas con Leibniz. informó Newton:

Nuestro Wallis ha adjuntado a su Álgebra, que acaba de aparecer, algunas de las cartas que le escribí en su día. Al hacerlo, me exigió que expusiera abiertamente el método que en ese momento le había ocultado al reordenar las cartas; lo hice tan brevemente como pude. Espero no haber escrito nada que le resulte desagradable, y si así fuera, le ruego que me lo comunique, porque los amigos me son más queridos que los descubrimientos matemáticos.

Tras la primera publicación detallada del análisis de Newton (apéndice matemático de la Óptica, 1704), apareció una reseña anónima en el Acta eruditorum de Leibniz con alusiones insultantes a Newton. En la reseña se decía claramente que Leibniz era el autor del nuevo cálculo. El propio Leibniz negó rotundamente que la reseña fuera escrita por él, pero los historiadores han logrado encontrar un borrador escrito de su puño y letra. Newton ignoró el artículo de Leibniz, pero sus alumnos respondieron indignados, tras lo cual estalló una guerra de prioridades europea, «la trifulca más vergonzosa de toda la historia de las matemáticas».

El 31 de enero de 1713, la Royal Society recibió una carta de Leibniz con palabras conciliadoras: estaba de acuerdo en que Newton había llegado a su propio análisis «sobre principios generales similares a los nuestros». Un iracundo Newton exigió la creación de una comisión internacional para aclarar la prioridad. No tardó mucho: un mes y medio después, tras estudiar la correspondencia de Newton con Oldenburg y otros documentos, la comisión reconoció por unanimidad la prioridad de Newton, y en una formulación, esta vez insultante, de Leibniz. La decisión de la comisión se publicó en las Actas de la Sociedad, con todos los documentos de apoyo adjuntos. Stephen Hawking y Leonard Mlodinow, en Una breve historia del tiempo, afirman que el comité estaba formado sólo por científicos leales a Newton y que la mayoría de los artículos en defensa de éste fueron escritos de su puño y letra y luego publicados en nombre de amigos.

En respuesta, a partir del verano de 1713, Europa se vio inundada de panfletos anónimos que defendían la prioridad de Leibniz y afirmaban que «Newton se apropia del honor que corresponde a otro». Los panfletos también acusaban a Newton de robar los resultados de Hooke y Flemsteed. Los amigos de Newton, por su parte, acusaron al propio Leibniz de plagio; según su versión, durante su estancia en Londres (1676) Leibniz había leído en la Royal Society los trabajos y cartas inéditos de Newton, tras lo cual Leibniz publicó las ideas allí y las hizo pasar por suyas.

La guerra continuó sin tregua hasta diciembre de 1716, cuando el abad de Antonio Schinella Conti dijo a Newton: «Leibniz ha muerto, la disputa ha terminado».

La obra de Newton marca una nueva era en la física y las matemáticas. Completó la creación, iniciada por Galileo, de una física teórica basada, por un lado, en datos experimentales y, por otro, en una descripción cuantitativa y matemática de la naturaleza. En matemáticas, aparecieron potentes métodos de análisis. En física, la construcción de modelos matemáticos adecuados de los procesos naturales y la investigación intensiva de estos modelos con la participación sistemática de toda la potencia del nuevo aparato matemático se convirtió en el método principal de la investigación de la naturaleza. Los siglos siguientes demostraron la extraordinaria fecundidad de este enfoque.

La filosofía y el método científico

Newton rechazó enérgicamente el enfoque popular de Descartes y sus seguidores cartesianos de finales del siglo XVII, que prescribía que al construir una teoría científica había que encontrar primero, mediante el «discernimiento de la mente», las «causas fundamentales» del fenómeno investigado. En la práctica, este enfoque a menudo conducía a hipótesis rebuscadas sobre «sustancias» y «propiedades ocultas» que no podían ser verificadas por la experiencia. Newton creía que en la «filosofía natural» (es decir, en la física) sólo se admiten los supuestos («principios», ahora prefiere el nombre de «leyes de la naturaleza») que se derivan directamente de los experimentos fiables y generalizan sus resultados; a los supuestos, insuficientemente fundamentados por los experimentos, los llamó hipótesis. «Todo … que no se deduzca de los fenómenos debe llamarse hipótesis; las hipótesis de propiedades metafísicas, físicas, mecánicas, ocultas, no tienen cabida en la filosofía experimental». Ejemplos de principios son la ley de la gravitación y las 3 leyes de la mecánica en los «Elementos»; la palabra «principios» (Principia Mathematica, traducida tradicionalmente como «principios matemáticos») también figura en el título de su libro principal.

En una carta a Pardis, Newton formuló la «regla de oro de la ciencia»:

El mejor y más seguro método de filosofar, me parece, debería ser primero investigar diligentemente las propiedades de las cosas y establecer estas propiedades por medio de experimentos, y luego avanzar gradualmente hacia hipótesis que expliquen estas propiedades. Las hipótesis sólo pueden ser útiles para explicar las propiedades de las cosas, pero no es necesario cargarlas con la responsabilidad de definir esas propiedades más allá de los límites revelados por la experimentación… al fin y al cabo, se pueden inventar muchas hipótesis para explicar cualquier nueva dificultad.

Este enfoque no sólo dejaba las fantasías especulativas fuera de la ciencia (por ejemplo, el razonamiento cartesiano sobre las propiedades de la «materia sutil», como si explicara los fenómenos electromagnéticos), sino que era más flexible y fructífero, porque permitía la modelización matemática de fenómenos para los que aún no se había descubierto ninguna causa fundamental. Este fue el caso de la gravitación y la teoría de la luz: su naturaleza quedó clara mucho más tarde, lo que no impidió la aplicación con éxito de los modelos newtonianos durante siglos.

La famosa frase «Hypotheses non fingo» no significa, por supuesto, que Newton subestimara la importancia de encontrar las «causas fundamentales» si éstas se confirman inequívocamente con la experiencia. Los principios generales derivados de la experimentación y sus corolarios también deben someterse a una verificación experimental, que puede llevar a una corrección o incluso a un cambio de principios. «Toda la dificultad de la física (…) consiste en reconocer las fuerzas de la naturaleza a partir de los fenómenos del movimiento y luego explicar los demás fenómenos por estas fuerzas».

Newton, al igual que Galileo, creía que todos los procesos naturales se basaban en el movimiento mecánico:

Sería deseable deducir de los principios de la mecánica el resto de los fenómenos de la naturaleza… pues muchas cosas me llevan a suponer que todos estos fenómenos son causados por algunas fuerzas, con las que las partículas de los cuerpos, debido a razones aún desconocidas, o bien tienden unas a otras y se unen en figuras regulares, o bien se repelen mutuamente y se alejan unas de otras. Como estas fuerzas son desconocidas, los intentos de los filósofos por explicar los fenómenos de la naturaleza han sido hasta ahora infructuosos.

Newton formuló su método científico en su libro Óptica:

Al igual que en las matemáticas, en la comprobación de la naturaleza, en la investigación de cuestiones difíciles, el método analítico debe preceder al método sintético. Este análisis consiste en deducir conclusiones generales a partir de experimentos y observaciones por inducción y no permitir ninguna objeción contra ellas que no provenga de experimentos u otras verdades fiables. Porque las hipótesis no se consideran en la filosofía experimental. Aunque los resultados obtenidos por inducción a partir de experimentos y observaciones no pueden servir todavía como prueba de conclusiones generales, ésta sigue siendo la mejor manera de sacar conclusiones que permite la naturaleza de las cosas.

Libro 3 de los Comienzos (el primero de los cuales es una variante de la Navaja de Occam:

Regla I. No deben aceptarse otras causas en la naturaleza más allá de las que son verdaderas y suficientes para explicar los fenómenos… la naturaleza no hace nada en vano, pero sería vano realizar por muchos lo que puede hacerse por menos. La naturaleza es sencilla y no se recrea en causas superfluas de las cosas…

Los puntos de vista mecanicistas de Newton resultaron ser erróneos: no todos los fenómenos naturales se derivan del movimiento mecánico. Sin embargo, su método científico se ha impuesto en la ciencia. La física moderna ha investigado y aplicado con éxito fenómenos cuya naturaleza aún no se ha aclarado (por ejemplo, las partículas elementales). Desde Newton, la ciencia natural ha desarrollado la firme creencia de que el mundo es conocible porque la naturaleza está organizada según principios matemáticos simples. Esta certeza se ha convertido en la base filosófica del enorme progreso de la ciencia y la tecnología.

Matemáticas

Newton realizó sus primeros descubrimientos matemáticos siendo aún estudiante: la clasificación de las curvas algebraicas de orden 3 (las curvas de orden 2 fueron estudiadas por Fermat) y la expansión binomial de grado arbitrario (no necesariamente entero), que da inicio a la teoría de las series infinitas de Newton, una nueva y poderosa herramienta de análisis. Newton consideraba la expansión en serie como el método básico y general de análisis de las funciones, y en ello alcanzó la cima de la excelencia. Utilizó las series para calcular tablas, para resolver ecuaciones (incluidas las diferenciales) y para estudiar el comportamiento de las funciones. Newton fue capaz de obtener descomposiciones para todas las funciones estándar de entonces.

Newton desarrolló el cálculo diferencial e integral al mismo tiempo que G. Leibniz (un poco antes) e independientemente de él. Antes de Newton, las operaciones con infinitesimales no estaban integradas en una teoría unificada y tenían el carácter de ocurrencias dispersas (véase Método de lo indivisible). La creación del análisis matemático sistemático redujo la solución de los problemas relevantes, en gran medida, a un nivel técnico. Apareció un conjunto de conceptos, operaciones y símbolos que se convirtieron en el punto de partida para el desarrollo posterior de las matemáticas. El siguiente, el siglo XVIII, fue un siglo de rápido y exitoso desarrollo de los métodos analíticos.

Probablemente, Newton llegó a la idea del análisis a través de los métodos de las diferencias, que trató amplia y profundamente. El punto de partida del cálculo diferencial e integral fueron los trabajos de Cavalieri y, sobre todo, de Fermat, que ya era capaz (para las curvas algebraicas) de trazar las tangentes, encontrar los extremos, los puntos de inflexión y la curvatura de la curva, y calcular el área de su segmento. De otros predecesores, el propio Newton nombró a Wallis, Barrow y al científico escocés James Gregory. El concepto de función aún no existía; trataba todas las curvas cinemáticamente como trayectorias de un punto en movimiento.

Ya de estudiante, Newton se dio cuenta de que la diferenciación y la integración son operaciones recíprocas. Este teorema básico del análisis ya había surgido de forma más o menos clara en los trabajos de Torricelli, Gregory y Barrow, pero sólo Newton se dio cuenta de que sobre esta base no sólo se podían hacer descubrimientos individuales, sino un poderoso cálculo sistemático, como el álgebra, con reglas claras y posibilidades gigantescas.

Newton no se preocupó de publicar su versión del análisis durante casi 30 años, aunque en las cartas (sobre todo a Leibniz) compartió de buen grado gran parte de sus logros. Mientras tanto, la versión de Leibniz circula amplia y abiertamente en Europa desde 1676. Sólo en 1693 aparece la primera presentación de la versión de Newton, como apéndice al Tratado de Álgebra de Wallis. Hay que admitir que la terminología y el simbolismo de Newton son bastante torpes en comparación con los de Leibniz: fluxia (derivada), fluenta (primera forma), momento de cantidad (diferencial), etc. Sólo la notación newtoniana «o» para el dt infinitesimal ha sobrevivido en las matemáticas (sin embargo, esta letra fue utilizada anteriormente por Gregory en el mismo sentido), y el punto sobre la letra como símbolo de la derivada del tiempo.

Newton sólo publicó una exposición suficientemente completa de los principios del análisis en Sobre la cuadratura de las curvas (1704), adjunta a su monografía Óptica. Casi todo el material expuesto estaba listo en los años 1670-1680, pero sólo ahora Gregory y Halley convencieron a Newton para que publicara la obra, que, con 40 años de retraso, se convirtió en el primer trabajo impreso de Newton sobre el análisis. Aquí Newton aparece derivadas de órdenes superiores, encuentra valores de integrales de una variedad de funciones racionales e irracionales, y da ejemplos de soluciones a ecuaciones diferenciales de primer orden.

En 1707 se publicó un libro llamado Aritmética Universal. Contiene una variedad de métodos numéricos. Newton siempre prestó gran atención a las soluciones aproximadas de las ecuaciones. El famoso método de Newton permitió hallar las raíces de las ecuaciones con una rapidez y precisión antes inimaginables (publicado en el Álgebra de Wallis, 1685). La forma moderna del método iterativo de Newton fue dada por Joseph Raphson (1690).

En 1711 se imprimió por fin, 40 años después, «Análisis mediante ecuaciones con un número infinito de términos». En esta obra, Newton explora con igual facilidad las curvas algebraicas y las «mecánicas» (cicloide, cuadratriz). Aparecen las derivadas parciales. Ese mismo año se publicó el «Método de las diferencias», donde Newton propuso una fórmula de interpolación para pasar por (n + 1) puntos de datos con abscisas igualmente espaciadas o desigualmente espaciadas del polinomio de orden n. Esta es la fórmula de la diferencia análoga a la fórmula de Taylor.

En 1736, publicó póstumamente su última obra «Método de las fluctuaciones y de las series infinitas», significativamente avanzada respecto a «Análisis por medio de ecuaciones». Contiene numerosos ejemplos de búsqueda de extremos, tangentes y normales, cálculo de radios y centros de curvatura en coordenadas cartesianas y polares, búsqueda de puntos de inflexión, etc. En el mismo trabajo, también se producen escuadras y enderezamientos de diversas curvas.

Newton no sólo desarrolló el análisis de forma completa, sino que también intentó justificar sus principios de forma rigurosa. Mientras que Leibniz se inclinaba por la idea de los infinitesimales reales, Newton propuso (en los Elementos) una teoría general de las transiciones de los límites, que denominó de forma algo florida «el método de las relaciones primeras y últimas». Es el término moderno «límite» (lat. limes) el que se utiliza, aunque no hay una descripción inteligible de la esencia del término, lo que implica una comprensión intuitiva. La teoría de los límites se da en 11 lemas del libro I de los Principios; un lema está también en el libro II. Falta la aritmética de los límites, no se demuestra la unicidad del límite y no se revela su relación con los infinitesimales. Sin embargo, Newton señala con razón el mayor rigor de este enfoque en comparación con el «burdo» método de lo indivisible. Sin embargo, en el libro II, al introducir los «momentos» (diferenciales), Newton vuelve a confundir la cuestión, tratándolos de hecho como verdaderos infinitesimales.

Cabe destacar que Newton no estaba en absoluto interesado en la teoría de los números. Al parecer, le interesaba mucho más la física que las matemáticas.

Mecánica

A Newton se le atribuye la resolución de dos problemas fundamentales.

Además, Newton enterró definitivamente la idea, arraigada desde la antigüedad, de que las leyes del movimiento de los cuerpos terrestres y celestes son completamente diferentes. En su modelo del mundo, todo el universo está sujeto a una única ley que permite su formulación matemática.

La axiomática de Newton consistía en tres leyes, que él mismo formuló de la siguiente manera.

1. Todo cuerpo sigue manteniéndose en estado de reposo o de movimiento uniforme y rectilíneo hasta que, y a menos que, sea obligado por una fuerza aplicada a cambiar este estado. 2. El cambio en la cantidad de movimiento es proporcional a la fuerza aplicada y tiene lugar en la dirección de la línea recta a lo largo de la cual actúa dicha fuerza. 3. A una acción siempre le corresponde una contraacción igual y opuesta, de lo contrario, las interacciones de dos cuerpos entre sí son iguales y se dirigen en direcciones opuestas.

La primera ley (ley de la inercia), de forma menos clara, fue publicada por Galileo. Galileo permitía el movimiento libre no sólo en línea recta, sino también en círculo (aparentemente por razones astronómicas). Galileo también formuló el principio más importante de la relatividad, que Newton no incluyó en su axiomática, porque este principio es una consecuencia directa de las ecuaciones de la dinámica para los procesos mecánicos (consecuencia V en los Elementos). Además, Newton consideraba el espacio y el tiempo como conceptos absolutos, unificados para todo el universo, y lo señaló explícitamente en sus Elementos.

Newton también dio definiciones estrictas de conceptos físicos como cantidad de movimiento (que Descartes no utilizaba claramente) y fuerza. Introdujo en la física el concepto de masa como medida de la inercia y, al mismo tiempo, las propiedades gravitatorias. Anteriormente, los físicos habían utilizado el concepto de peso, pero el peso de un cuerpo no sólo depende del propio cuerpo, sino también de su entorno (por ejemplo, la distancia al centro de la Tierra), por lo que se necesitaba una nueva característica invariable.

Euler y Lagrange completaron la matematización de la mecánica.

Gravitación universal y astronomía

Aristóteles y sus partidarios veían la gravedad como el impulso de los cuerpos desde el «mundo sublunar» a sus lugares naturales. Otros filósofos de la antigüedad (Empédocles y Platón entre ellos) consideraban la gravedad como la tendencia de los cuerpos relacionados a unirse. En el siglo XVI, este punto de vista fue apoyado por Nicolás Copérnico, cuyo sistema heliocéntrico consideraba a la Tierra como uno más de los planetas. Giordano Bruno y Galileo Galilei tenían opiniones similares. Johannes Kepler creía que no era el impulso interno de los cuerpos lo que los hacía caer, sino la fuerza de atracción de la Tierra. No es sólo la Tierra la que atrae a la piedra, sino que la piedra también atrae a la Tierra. En su opinión, la fuerza de la gravedad se extiende al menos hasta la Luna. En sus escritos posteriores, sugirió que la gravedad disminuye con la distancia y que todos los cuerpos del sistema solar están sujetos a una atracción mutua. René Descartes, Gilles Roberval, Christiaan Huygens y otros científicos del siglo XVII intentaron determinar la naturaleza física de la gravedad.

Kepler fue el primero en sugerir que el movimiento de los planetas está controlado por fuerzas procedentes del Sol. En su teoría había tres fuerzas de este tipo: una, circular, empuja al planeta a lo largo de la órbita, actuando tangencialmente a la trayectoria (debido a esta fuerza el planeta se mueve), la otra atrae y repele al planeta del Sol (debido a ella la órbita del planeta es elíptica) y la tercera actúa a través del plano de la eclíptica (por lo que la órbita del planeta se encuentra en un plano). Consideró que la fuerza circular disminuye en proporción inversa a la distancia al Sol. Ninguna de estas tres fuerzas se identificó con la gravedad. La teoría de Kepler fue rechazada por el principal astrónomo teórico de mediados del siglo XVII, Ismael Bulliald, quien creía, en primer lugar, que los planetas se mueven alrededor del Sol no bajo la influencia de fuerzas procedentes de él, sino por movimiento interno, y en segundo lugar, que si existiera una fuerza circular, ésta disminuiría de forma inversa a la segunda potencia de la distancia, no a la primera, como había creído Kepler. Descartes creía que los planetas eran transportados alrededor del Sol por vórtices gigantes.

Jeremy Horrocks sugirió que existe una fuerza procedente del Sol que controla el movimiento de los planetas. Según Giovanni Alfonso Borelli, tres fuerzas provienen del Sol: una que impulsa al planeta a lo largo de su órbita, otra que atrae al planeta hacia el Sol y otra que repele al planeta (centrífuga). La órbita elíptica de un planeta es el resultado de la oposición de estos dos últimos. En 1666 Robert Hooke sugirió que la fuerza de atracción hacia el Sol es suficiente por sí sola para explicar el movimiento planetario, simplemente hay que suponer que la órbita planetaria es el resultado de una combinación (superposición) de la caída sobre el Sol (debida a la fuerza de atracción) y el movimiento por inercia (tangencial a la trayectoria del planeta). En su opinión, esta superposición de movimientos es la responsable de la forma elíptica de la trayectoria del planeta alrededor del Sol. Christopher Wren también expresó opiniones similares, pero de forma bastante incierta. Hooke y Wren adivinaron que la fuerza gravitatoria disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia al Sol.

Sin embargo, nadie antes de Newton había sido capaz de demostrar clara y matemáticamente la conexión entre la ley de la gravitación (fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia) y las leyes del movimiento planetario (leyes de Kepler). Además, fue Newton quien adivinó por primera vez que la gravedad actúa entre dos cuerpos cualesquiera del universo; el movimiento de una manzana que cae y la rotación de la luna alrededor de la tierra se rigen por la misma fuerza. Por último, Newton no se limitó a publicar la supuesta fórmula de la ley de la gravitación universal, sino que propuso un modelo matemático completo:

En conjunto, esta tríada es suficiente para investigar a fondo los movimientos más complejos de los cuerpos celestes, sentando así las bases de la mecánica celeste. Así, sólo con los escritos de Newton se inicia la ciencia de la dinámica, incluida su aplicación al movimiento de los cuerpos celestes. Hasta la creación de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, no fue necesario introducir modificaciones fundamentales en el modelo en cuestión, aunque el aparato matemático tuvo que desarrollarse considerablemente.

El primer argumento a favor del modelo newtoniano fue la derivación rigurosa de las leyes empíricas de Kepler a partir de él. El siguiente paso fue la teoría del movimiento de los cometas y la luna, expuesta en Inception. Más tarde, con la ayuda de la gravitación newtoniana se explicaron con gran precisión todos los movimientos observados de los cuerpos celestes; el gran mérito es de Euler, Clero y Laplace, que desarrollaron la teoría de las perturbaciones para ello. Las bases de esta teoría las puso Newton, que analizó el movimiento de la Luna utilizando su método habitual de expansión en serie; de esta forma descubrió las razones de las irregularidades (desigualdades) entonces conocidas en el movimiento de la Luna.

La ley de la gravitación resolvió no sólo los problemas de la mecánica celeste, sino también una serie de problemas físicos y astrofísicos. Newton dio un método para determinar las masas del sol y los planetas. Descubrió la causa de las mareas: la atracción de la luna (incluso Galileo consideraba que las mareas eran un efecto centrífugo). Además, calculó la masa de la Luna con una buena precisión tras años de datos sobre la altura de la marea. Otra consecuencia de la gravitación fue la precesión del eje de la Tierra. Newton descubrió que, debido a que la Tierra está aplanada cerca de los polos, su eje es arrastrado por la atracción de la Luna y el Sol en una deriva constante y lenta con un periodo de 26.000 años. De este modo, el antiguo problema de los «equinoccios precedentes» (señalado por primera vez por Hiparco) encontró una explicación científica.

La teoría de la gravitación de Newton dio lugar a muchos años de debates y críticas sobre su concepto de largo alcance. Sin embargo, los destacados éxitos de la mecánica celeste en el siglo XVIII confirmaron la opinión de que el modelo newtoniano era adecuado. Las primeras desviaciones observables de la teoría de Newton en astronomía (desplazamiento del perihelio de Mercurio) no se descubrieron hasta 200 años después. Estas desviaciones fueron pronto explicadas por la teoría general de la relatividad (la teoría newtoniana resultó ser una aproximación. La RG también llenó de contenido físico la teoría de la gravitación, especificando un portador material de la fuerza gravitatoria -la métrica espacio-temporal- y permitió deshacerse de la acción de largo alcance.

Óptica y teoría de la luz

Newton hizo descubrimientos fundamentales en óptica. Construyó el primer telescopio de espejo (reflector) en el que, a diferencia de los telescopios puramente de lente, no había aberración cromática. También estudió en detalle la dispersión de la luz, demostró que el paso de la luz blanca a través de un prisma transparente, se descompone en una serie continua de rayos de diferentes colores debido a la diferente refracción de los rayos de diferentes colores, por lo que Newton sentó las bases de la teoría correcta del color. Newton creó la teoría matemática de los anillos de interferencia descubiertos por Hooke, que desde entonces se denominan «anillos de Newton». En una carta a Flemsteed expuso una detallada teoría de la refracción astronómica. Pero su principal logro fue establecer los fundamentos de la óptica física (no sólo geométrica) como ciencia y desarrollar su base matemática, transformando la teoría de la luz de una colección de hechos al azar en una ciencia con un rico contenido cualitativo y cuantitativo, bien fundamentada experimentalmente. Los experimentos ópticos de Newton se convirtieron en un modelo de investigación física profunda durante décadas.

Durante este periodo hubo muchas teorías especulativas sobre la luz y el cromatismo; principalmente Aristóteles («los diferentes colores son una mezcla de luz y oscuridad en diferentes proporciones») y Descartes («los diferentes colores se crean por la rotación de las partículas de luz a diferentes velocidades») se esforzaron. Hooke en su Micrografía (1665) ofreció una variante de la visión aristotélica. Muchos creían que el color no es un atributo de la luz, sino de un objeto iluminado. La discordia general se vio agravada por una cascada de descubrimientos del siglo XVII: difracción (1665, Grimaldi), interferencia (1665, Hooke), refracción de doble rayo (1670, Erasmus Bartolin, estudiada por Huygens), estimación de la velocidad de la luz (1675, Römer). No había ninguna teoría de la luz compatible con todos estos hechos.

En su discurso ante la Royal Society, Newton refutó tanto a Aristóteles como a Descartes y demostró de forma convincente que la luz blanca no es primaria, sino que está formada por componentes coloreados con diferentes «grados de refracción». Estos componentes son primarios: ningún truco de Newton podría cambiar su color. Así, el sentido subjetivo del color tenía una base objetiva firme: en terminología moderna, la longitud de onda de la luz, que podía juzgarse por el grado de refracción.

En 1689, Newton dejó de publicar en el campo de la óptica (aunque siguió investigando); según la leyenda popular, juró no publicar nada en este campo durante la vida de Hooke. En cualquier caso, en 1704, al año siguiente de la muerte de Hooke, se publicó su monografía Optics (en inglés). En el prefacio hay un claro indicio de conflicto con Hooke: «Al no querer verme envuelto en disputas sobre diversas cuestiones, he retrasado esta publicación y la habría retrasado aún más, de no ser por la insistencia de mis amigos. En vida del autor, la Óptica, al igual que los Elementos, tuvo tres ediciones (1704, 1717, 1721) y muchas traducciones, entre ellas tres en latín.

Los historiadores distinguen dos grupos de hipótesis sobre la naturaleza de la luz en aquella época.

A menudo se considera que Newton es partidario de la teoría corpuscular de la luz; en realidad, no «hipotetizó», como era su costumbre, y admitió sin problemas que la luz también puede relacionarse con las ondas del éter. En un tratado presentado a la Royal Society en 1675, escribe que la luz no puede ser simplemente vibraciones en el éter, ya que entonces podría, por ejemplo, propagarse a través de un tubo curvo como lo hace el sonido. Pero, por otra parte, sugiere que la propagación de la luz excita las vibraciones en el éter, lo que da lugar a la difracción y a otros efectos ondulatorios. En esencia, Newton, claramente consciente de los méritos y deméritos de ambos enfoques, propone un compromiso, la teoría de las ondas corpusculares de la luz. En sus obras, Newton describió detalladamente un modelo matemático de los fenómenos luminosos, dejando de lado la cuestión del portador físico de la luz: «Mi doctrina sobre la refracción de la luz y los colores consiste únicamente en el establecimiento de algunas propiedades de la luz sin ninguna hipótesis sobre su origen. La óptica ondulatoria, cuando surgió, no rechazó los modelos de Newton, sino que los absorbió y los amplió sobre una nueva base.

A pesar de su aversión a las hipótesis, Newton colocó al final de la Óptica una lista de problemas sin resolver y de posibles respuestas. Sin embargo, en aquellos años podía permitírselo: la autoridad de Newton se hizo incuestionable después de los «Elementos» y pocos se atrevieron a molestarle con objeciones. Varias de sus hipótesis resultaron proféticas. En particular, Newton predijo:

Otros trabajos en física

Newton fue el primero en deducir la velocidad del sonido en un gas, basándose en la ley de Boyle-Mariotte. Sugirió la existencia de la ley de la fricción viscosa y describió la compresión hidrodinámica de un chorro. Propuso la fórmula de la ley de resistencia de un cuerpo en un medio diluido (fórmula de Newton) y sobre su base planteó uno de los primeros problemas relativos a la forma más favorable del cuerpo aerodinámico (problema aerodinámico de Newton). En los Elementos expresó y argumentó la suposición correcta de que un cometa tiene un núcleo sólido cuya evaporación bajo la influencia del calor solar forma una vasta cola siempre dirigida en sentido contrario al sol. Newton también se ocupó de la transferencia de calor, uno de cuyos resultados se denomina ley de Newton-Richmann.

Newton predijo la planitud de la Tierra en los polos, estimando que era de aproximadamente 1:230. Newton utilizó el modelo de un fluido homogéneo para describir la Tierra, aplicó la ley de la gravitación universal y tuvo en cuenta la fuerza centrífuga. Al mismo tiempo, Huygens, que no creía en la fuerza de gravitación de largo alcance y abordaba el problema de forma puramente cinemática, realizó cálculos similares. En consecuencia, Huygens predijo más de la mitad de la compresión que Newton, 1:576. Además, Cassini y otros cartesianos demostraron que la Tierra no estaba comprimida, sino estirada en los polos como un limón. Posteriormente, aunque no inmediatamente (la compresión real es de 1:298. La razón de la diferencia entre este valor y el de Huygens sugerido por Newton es que el modelo de fluido homogéneo aún no es del todo preciso (la densidad aumenta notablemente con la profundidad). Hasta el siglo XIX no se desarrolló una teoría más precisa, que tiene en cuenta explícitamente la dependencia de la densidad con respecto a la profundidad.

Estudiantes

En sentido estricto, Newton no tenía alumnos directos. Sin embargo, toda una generación de científicos ingleses creció con sus libros y en contacto con él, por lo que se consideraron alumnos de Newton. Entre los más conocidos están:

Química y alquimia

Paralelamente a las investigaciones que sentaron las bases de la actual tradición científica (física y matemática), Newton dedicó mucho tiempo a la alquimia y a la teología. Los libros de alquimia constituían una décima parte de su biblioteca. No publicó ninguna obra sobre química o alquimia, y el único resultado conocido de esta larga fascinación fue el grave envenenamiento de Newton en 1691. Cuando se exhumó el cuerpo de Newton, se encontraron niveles peligrosos de mercurio en su cuerpo.

Stukeley recuerda que Newton escribió un tratado de química «explicando los principios de este misterioso arte sobre la base de pruebas experimentales y matemáticas», pero el manuscrito desgraciadamente se quemó en un incendio y Newton no intentó recuperarlo. Las cartas y notas que se conservan sugieren que Newton contemplaba la posibilidad de alguna unificación de las leyes de la física y de la química en un sistema unificado del mundo; al final de la Óptica, planteó varias hipótesis al respecto.

Б. Kuznetsov cree que los estudios alquímicos de Newton eran intentos de descubrir la estructura atomística de la materia y otras formas de la misma (por ejemplo, la luz, el calor, el magnetismo). El interés de Newton por la alquimia era desinteresado y más bien teórico:

Su atomística se basa en la idea de una jerarquía de corpúsculos formados por fuerzas cada vez menos intensas de atracción mutua de las partes. Esta idea de una jerarquía infinita de partículas discretas de materia está relacionada con la idea de la unidad de la materia. Newton no creía en la existencia de elementos incapaces de transformarse entre sí. Por el contrario, asumió que la idea de la indecomposibilidad de las partículas y, en consecuencia, de las diferencias cualitativas entre los elementos estaba relacionada con las posibilidades históricamente limitadas de la tecnología experimental.

Esta suposición se ve confirmada por la propia declaración de Newton: «La alquimia no se ocupa de los metales, como cree la gente ignorante. Esta filosofía no es de las que sirven a la vanidad y al engaño, sino que sirve para beneficiar y edificar, mientras que lo principal aquí es el conocimiento de Dios».

Teología

Como hombre profundamente religioso, Newton veía la Biblia (al igual que todo lo demás) desde una perspectiva racionalista. El rechazo de Newton a la Trinidad de Dios parece estar relacionado con este enfoque. La mayoría de los historiadores creen que Newton, que trabajó durante muchos años en el Colegio de la Santísima Trinidad, no creía él mismo en la Trinidad. Los investigadores de sus obras teológicas han descubierto que los puntos de vista religiosos de Newton eran cercanos al arrianismo herético (véase el artículo de Newton «A Historical Tracing of Two Notable Distortions of Holy Scripture»).

El grado de proximidad de los puntos de vista de Newton con las diversas herejías condenadas por la Iglesia se ha evaluado de diferentes maneras. El historiador alemán Fiesenmayer sugirió que Newton aceptaba la Trinidad, pero más cerca de la comprensión oriental y ortodoxa de la misma. El historiador estadounidense Stephen Snobelin, citando una serie de pruebas documentales, rechazó firmemente esta opinión y clasificó a Newton como sociniano.

Sin embargo, exteriormente, Newton permaneció fiel a la Iglesia estatal de Inglaterra. Había una buena razón para ello: el estatuto de 1697 sobre la supresión de la blasfemia y la impiedad por negar a cualquiera de las personas de la Trinidad preveía la pérdida de los derechos civiles y, si el delito se repetía, la prisión. Por ejemplo, el amigo de Newton William Whiston fue despojado de su rango de profesor y expulsado de la Universidad de Cambridge en 1710 por sus afirmaciones de que el credo de la Iglesia primitiva era el arrianismo. Sin embargo, en las cartas dirigidas a personas afines (Locke, Halley y otros) Newton fue bastante franco.

Además del antitrinitarismo, la perspectiva religiosa de Newton contiene elementos de deísmo. Newton creía en la presencia material de Dios en cada punto del universo y llamaba al espacio «el Dios sensible» (en latín sensorium Dei). Esta idea panteísta une en un solo conjunto las opiniones científicas, filosóficas y teológicas de Newton, «todos los ámbitos de interés newtoniano, desde la filosofía natural hasta la alquimia, representan diferentes proyecciones y al mismo tiempo diferentes contextos de esta idea central que le pertenecía indivisiblemente».

Newton publicó (en parte) los resultados de sus estudios teológicos al final de su vida, pero éstos comenzaron mucho antes, a más tardar en 1673. Newton propuso su propia versión de la cronología bíblica, dejó obras sobre hermenéutica bíblica y escribió un comentario sobre el Apocalipsis. Estudió la lengua hebrea, estudió la Biblia según el método científico, utilizando cálculos astronómicos relacionados con los eclipses solares, análisis lingüísticos, etc. para fundamentar sus opiniones. Según sus cálculos, el fin del mundo no llegará antes de 2060.

Los manuscritos teológicos de Newton se conservan ahora en Jerusalén, en la Biblioteca Nacional.

La inscripción en la tumba de Newton dice:

Aquí descansa Sir Isaac Newton, quien, con un poder casi divino de la razón, fue el primero en explicar con su método matemático los movimientos y formas de los planetas, las trayectorias de los cometas y las mareas de los océanos.

Una estatua erigida para Newton en el Trinity College en 1755 tiene tallados versos de Lucrecio:

El propio Newton estimó sus logros de forma más modesta:

No sé cómo me percibe el mundo, pero yo me veo como un niño que juega en la playa, que se entretiene buscando de vez en cuando un guijarro más colorido o una hermosa concha marina, mientras el gran océano de la verdad se extiende ante mí sin ser explorado.

Lagrange dijo: «Newton fue el más feliz de los mortales, porque sólo hay un universo y Newton descubrió sus leyes.

La antigua pronunciación rusa del apellido Newton es «Nevton». Él, junto con Platón, es mencionado respetuosamente por M. V. Lomonosov en sus poemas:

Según A. Einstein, «Newton fue el primero que intentó formular las leyes elementales que rigen el curso temporal de una amplia clase de procesos en la naturaleza con un alto grado de exhaustividad y precisión» y «… ejerció con sus escritos una profunda y poderosa influencia en la visión del mundo en su conjunto».

A finales de 1942-1943, durante los días más dramáticos de la Batalla de Stalingrado, el 300 aniversario de Newton fue ampliamente celebrado en la URSS. Se publicó una colección de artículos y un libro biográfico de S.I. Vavilov. En agradecimiento al pueblo soviético, la Royal Society de Gran Bretaña regaló a la Academia de Ciencias de la URSS un raro ejemplar de la primera edición de los Principios Matemáticos de Newton (1687) y un borrador (uno de tres) de la carta de Newton a Alexander Menshikov en la que le informaba de su elección a la Royal Society de Londres:

La Real Sociedad sabe desde hace tiempo que su Emperador ha hecho avanzar las artes y las ciencias en su Imperio. Y ahora nos hemos enterado con gran alegría por los comerciantes ingleses de que Vuestra Excelencia, haciendo gala de la mayor cortesía, de un extraordinario respeto por las ciencias y del amor a nuestro país, tiene la intención de convertirse en miembro de nuestra Sociedad.

Newton lleva su nombre:

Ya se han citado varias leyendas comunes: la «manzana de Newton», su única aparición parlamentaria.

Existe la leyenda de que Newton hizo dos agujeros en su puerta, uno más grande y otro más pequeño, para que sus dos gatos, uno grande y otro pequeño, pudieran entrar en la casa por su cuenta. En realidad, Newton nunca tuvo gatos ni otras mascotas.

Otro mito acusa a Newton de destruir el único retrato de Hooke que poseía la Royal Society. En realidad, no hay ni una sola prueba que apoye tal acusación. Allan Chapman, biógrafo de Hooke, demuestra que no existió ningún retrato de Hooke (lo que no es de extrañar dado el elevado coste de los retratos y las continuas dificultades financieras de Hooke). La única fuente que sugiere la existencia de dicho retrato es una referencia a un retrato de un erudito alemán, Zacharias von Uffenbach, que visitó la Royal Society en 1710, pero Uffenbach no hablaba inglés y probablemente se refería a otro miembro de la Sociedad, Theodore Haak. El retrato de Haak sí existió, y ha llegado hasta nuestros días. Un argumento adicional a favor de la opinión de que el retrato de Hooke nunca existió es el hecho de que el amigo y secretario de Hooke, Richard Waller, publicó en 1705 una colección póstuma de las obras de Hooke con ilustraciones de excelente calidad y una biografía detallada, pero sin un retrato de Hooke; todas las demás obras de Hooke tampoco contienen un retrato del erudito.

A veces se atribuye a Newton su interés por la astrología. Si lo hizo, fue rápidamente sustituido por la desilusión.

Del hecho de que Newton fuera nombrado inesperadamente Superintendente de la Casa de la Moneda, algunos biógrafos han concluido que Newton era miembro de una logia masónica u otra sociedad secreta. Sin embargo, no se ha encontrado ninguna prueba documental que apoye esta hipótesis.

Ediciones canónicas

La clásica edición completa de los escritos de Newton en 5 volúmenes en el idioma original:

Correspondencia seleccionada en 7 volúmenes:

Traducciones al ruso

Fuentes

  1. Ньютон, Исаак
  2. Isaac Newton
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