Paul M. Sutter es astrofísico de SUNY Stony Brook y del Flatiron Institute, presentador de Ask a Spaceman y Space Radio, y autor de How to Die in Space (Cómo morir en el espacio).

Hay una razón -en realidad, varias- por la que Sir Isaac Newton suele ser considerado el científico número 1 de todos los tiempos. Y aunque todos estamos obligados a aprender sus leyes del movimiento y sus conceptos de la gravedad en la escuela secundaria, rara vez se nos explica por qué su obra fundamental, «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» (o, en inglés, «Mathematical Principles of Natural Philosophy»), es tan importante. Así que vamos a adentrarnos un poco en la mente de un genio:

Quédate ahí

Los filósofos, a lo largo del tiempo, han estado buscando leyes fundamentales, reglas simples del universo que pudieran explicar la amplia y salvaje variedad de fenómenos que vemos en el mundo que nos rodea. Llevaban varios milenios trabajando, y en gran medida fracasando, en esa tarea hasta que Newton apareció a finales del siglo XVII y les mostró cómo hacerlo.

En «Principia», Newton expuso tres sencillas reglas del universo. A primera vista, más de trescientos años después, parecen sencillas, intuitivas y obvias, pero eso es sólo porque hemos tenido más de trescientos años para dejarlas asimilar. En su momento, fueron una revolución total en el pensamiento.

Vídeo: Las tres leyes del movimiento de Newton explicadas
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Su primera ley establecía que los objetos en reposo tienden a permanecer en reposo, y los objetos en movimiento tienden a permanecer en movimiento. En otras palabras, existe una cosa llamada «inercia», que es una medida de la resistencia de un objeto al movimiento.

Esta idea era… nueva. Anteriormente, la mayoría de los pensadores pensaban que los objetos individuales tenían una inclinación natural a moverse o no moverse (por ejemplo, para explicar por qué el viento tendía a soplar pero las rocas preferían quedarse quietas). Asimismo, algunos objetos preferían flotar (como las nubes) y otros no (como las personas). Pero Newton le dio la vuelta a esto: todos los objetos tenían una resistencia innata a un nuevo movimiento, y hacía falta una fuerza para que cambiaran.

Un pequeño empujón

Hablando de fuerzas, ésa fue la segunda ley de Newton: las fuerzas aplicadas a un objeto les dan aceleración, y la cantidad de aceleración depende de la masa del objeto. Esto también iba en contra de la sabiduría predominante, que pensaba que las fuerzas aplicadas a un objeto le daban velocidad. Esto es cierto en parte, porque la aceleración es un cambio de velocidad, pero no tiene en cuenta la idea general que perseguía Newton. Una vez acelerado a una determinada velocidad, un objeto mantendrá esa velocidad a menos que se aplique una nueva fuerza para acelerarlo o frenarlo.

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La segunda ley de newton es en realidad la ley de conservación del momento escrita de otra manera. Los objetos mantendrán su momento hasta que se aplique una fuerza, y esa fuerza cambiará su momento. Todas las interacciones entre objetos (por ejemplo, colisiones, golpes, choques, etc.) conservarán la cantidad total de momento entre ellos.

Si nunca has conocido la conservación del momento, debes saber que este concepto es la piedra angular de todas las ramas de la física. En serio, toda ella: la relatividad general y especial, la mecánica cuántica, la termodinámica, la física de partículas, etc. Todas ellas descansan y se basan en la conservación del momento para guiarse. Toda la física moderna se reduce, en los niveles más profundos, a expresar la conservación del momento en diferentes escenarios.

Desde los electrones en un átomo hasta la expansión del universo, todo está ligado al mismo concepto, que puede remontar sus raíces a la segunda ley de Newton.

Igual y opuesto

La última ley de Newton, que dice que cada fuerza tiene una fuerza igual y opuesta, parece un añadido menor. Pero también fue una gran revolución en el pensamiento.

Cuando empujas algo, le estás aplicando una fuerza y haciendo que se acelere. Muy fácil, ¿verdad? Pero, ¿sabías que el objeto está empujando simultáneamente hacia ti?

¿Cómo puede ser eso, si tú no te estás moviendo y el objeto sí?

La clave es que mientras las fuerzas son iguales, las aceleraciones no lo son. Si eres más masivo que un balón de fútbol, entonces cuando lo patees tu aceleración será pequeña, mientras que el balón saldrá volando. Pero esa fuerza de vuelta a ti es la que te da la sensación de resistencia. Otro ejemplo: cuando te sientas en una silla, le estás aplicando una fuerza, pero la silla también te está aplicando una fuerza a ti: es lo que sientes que te empuja hacia arriba.

Con esta última idea es como Newton descifró todo el cosmos. Mientras observaba cómo caía una manzana de un árbol, se dio cuenta de que como la Tierra aplica una fuerza a la manzana, entonces la manzana también debe estar aplicando una fuerza a la Tierra. Pero no vemos que la Tierra se mueva porque es muy masiva.

Video: La gravitación universal lo explica básicamente todo

Con esta línea de razonamiento, Newton pudo argumentar que la fuerza gravitatoria no era sólo algo que se sentía cerca de la superficie de la Tierra, sino que era verdaderamente universal: todos los objetos del cosmos estaban atados a todos los demás objetos a través de cadenas invisibles de gravedad. Armado con esa idea y sus nuevas leyes, Newton fue capaz de explicar todo, desde las órbitas de los planetas hasta los ciclos de las mareas.

Ese es el poder que se obtiene al entender correctamente las leyes fundamentales de la naturaleza, leyes que fueron el único paradigma durante más de 200 años (hasta los desarrollos de la relatividad y la mecánica cuántica), y que siguen desempeñando un papel central en nuestra vida cotidiana.

Aprenda más escuchando el episodio «¿Cuál era el gran problema de Newton?» en el podcast Ask A Spaceman, disponible en iTunes y en la web en http://www.askaspaceman.com. Gracias a Chris C. por las preguntas que dieron lugar a este artículo. Haz tu propia pregunta en Twitter usando #AskASpaceman o siguiendo a Paul @PaulMattSutter y facebook.com/PaulMattSutter.