Por Douglas A. Gómez Reyes
Gravedad es el nombre con que llamamos a la fuerza de atracción que se ejerce entre la materia, ella ha hecho que los cuerpos celestes sean redondos, ha encendido a las estrellas y entre otros muchos fenómenos es la que nos mantiene adheridos a la superficie de terrestre.
Cuenta la leyenda que Isaac Newton concibió la idea de la gravedad cuando se hallaba sentado bajo la sombra de un manzano en la granja de su madre. Pero, ¿Sucedió realmente dicho episodio? Los historiadores de la ciencia no están seguros, pero no rechazan completamente esta posibilidad, pues hay cuatro fuentes distintas que hacen referencia al mismo. Una de ellas es la versión del historiador Conduitt:«En 1666 se retiró de nuevo... a su casa natal en Lincolnshire y, mientras estaba descansando en un jardín, se le ocurrió que la fuerza de la gravedad (que hace caer al suelo las manzanas que cuelgan del árbol) no estaba limitada a una cierta distancia desde la superficie de la Tierra, sino que podría extenderse mucho más lejos de lo que se pensaba. ¿Por qué no tan lejos como la Luna?, se dijo, y si así fuese tal vez podría influir en su movimiento y retenerla en su órbita.»
En las antiguas cosmologías, el tratamiento del movimiento celeste era esencialmente cinético, esto es, en términos del movimiento puro, que ocurría natural e inevitablemente, sin que alguna(s) fuerza(s) ni otra influencia(s) actuaran para causarlo. Se defendía que el movimiento perpetuo circular era el movimiento natural de los planetas, y que no se requería fuerza alguna para sostenerlo o siquiera causarlo. Cuando se descartaron las esferas celestes, impenetrables, las órbitas de los planetas probaron ser elípticas, y los planetas de una naturaleza similar a la Tierra; surgió entonces la pregunta: ¿Qué los mantiene en sus órbitas?
Entre las muchas teorías propuestas, una, debida a René Descartes implicaba una conexión material. Como los antiguos, Descartes estaba convencido de que la naturaleza aborrece el vacío y, afirmó que todo el espacio se llena por un material en el que se forman vórtices. En esta teoría, los planetas se hallan posicionados en las partes exteriores del vórtice del Sol. Una segunda teoría, desarrollada por Johannes Kepler, se basaba en el magnetismo. Puesto que ya se sabía que la Tierra posee propiedades magnéticas, Kepler supuso que el Sol y los demás planetas habían también de poseerlas, y considerando la rápida rotación del Sol sobre su eje se produciría un fortísimo vórtice magnético, el cual mantendría a los planetas en sus órbitas.
Isaac Newton, en la búsqueda por una respuesta, se percató que si la fuerza que mantenía a la Luna orbitando a la Tierra por alguna causa desapareciese, la Luna habría de seguir una trayectoria recta alejándose de la Tierra.
Galileo Galilei a principios del siglo XVII ya había demostrado que el recorrido de un proyectil de artillería era una parábola y no una línea recta como se solía creer. Tomando esta idea y llevándola más lejos Newton se percató que el recorrido parabólico solo se cumple para una trayectoria lo bastante corta como para considerar a la superficie de la Tierra plana; pero si el proyectil es impulsado con la suficiente rapidez para no dar en tierra, en su subsiguiente caída entrará en órbita. Newton creyó que esta debía ser una trayectoria circular.
Newton sabía que el proyectil tenía una componente de velocidad paralela a la superficie de la Tierra y por lo tanto la Luna habría de poseer también dicha componente. Concluyendo que está componte, propiamente llamada velocidad tangencial es la responsable de garantizar que el movimiento se realice en torno a la Tierra y no hacia ella, por lo que al no existir resistencia que reduzca su velocidad la Luna cae indefinidamente alrededor de la Tierra.
Ahora bien, Newton consideró que si la velocidad tangencial disminuía hasta llegar a cero y la fuerza que hacia caer las cosas en la Tierra se extendía hasta la Luna, esta irremediablemente se precipitaría hacia la Tierra. Y si esto era así, la fuerza que actúa entre la Tierra y la Luna sería de la misma naturaleza de la que tira de los cuerpos en la Tierra.
El razonamiento de Newton parecía ser correcto, pero para que su idea pasara del rango de hipótesis a teoría científica habría que probarla. Para ello Newton decidió comprobar que la “caída” de la Luna estaba en la proporción correcta con respecto a la caída de un cuerpo —por ejemplo, una manzana— en la superficie terrestre.
Para esto Newton hizo dos consideraciones sumamente importantes. Primero supuso que la masa de la Luna no afectaría su caída hacia la Tierra, de la misma manera en que la masa de un cuerpo no afecta su aceleración en caída libre y, segunda, reflexionando en las hipótesis de Kepler plasmadas en su obra Mysterium Cosmographicum, consideró que la fuerza de atracción entre la Luna y la Tierra disminuía en forma inversa de la distancia que los separa (la relación correcta es el inverso cuadrado de la distancia). Por lo que la distancia que recorrería un cuerpo y la Luna en caída en un segundo, solo dependería de la distancia a la que se encuentren del centro de la Tierra.
En la época de Newton se había establecido que la Luna se hallaba a una distancia equivalente a 60 veces el radio terrestre, y por lo tanto a 59 veces más distante que cualquier objeto sobre la superficie de la Tierra (con esta aproximación los datos de Newton no concordarían con su teoría).
Un objeto en el primer segundo de caída libre recorre 4.9 [m] cerca de la superficie terrestre, y la Luna según las consideraciones de Newton habría de recorrer en un segundo hacia abajo 8.2 [cm]. Valiéndose de la geometría, Newton estimó cuanto debería alejarse la Luna de su trayectoria en torno a la Tierra en caso de no existir una velocidad tangencial. La distancia debía ser de 1.4 [mm].
Newton sabia que por más refinada que fuese una hipótesis, si esta carecía de de pruebas sistemáticas no ha de considerarse válida. Y habrá que mejorar la hipótesis y esperara hasta que la idea sea acorde al comportamiento de la naturaleza.
El fracaso de su hipótesis lo llevó a considerar la idea de que, junto con la fuerza de gravedad, podría superponerse la que la Luna experimentaría si se viese arrastrada en un vórtice. Pero tal conjetura hacia cada vez más inaplicable el modelo en la medida que era improbable que se diera tal comportamiento en la naturaleza.
Veinte años más tarde, cuando a partir de un estudio sobre la Luna basado en las observaciones de Flamsteed y de la órbita elíptica, de acuerdo con Kepler, Newton logro establecer la ley del cuadrado inverso; hallando las correcciones necesarias para su modelo de gravedad y en consecuencia encontrando la armonía entre las ideas y observación.
Newton encontró que la fuerza que interactúa entre la Luna y la Tierra es del mismo tipo de la que tira de las manzanas
—por mencionar un cuerpo—, pero también era la misma que interactúa entre la Tierra y el Sol, y algo más, se extendía por el Universo de forma isótropa.
Esta generalización de Newton, que ha sido uno de los más grandes alcances de la mente humana, habría de desatar una de las mayores revoluciones intelectuales cuyos ecos aún persisten y han establecido las bases sobre la que se erige la física clásica.
Referencias
La bóveda de la noche. F.P. Dickson, 1968.
Newton. Protagonistas de la civilización, 1983.
Historia de la ciencia. Víctor Navarro, 2005.
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