IV. LA MECÁNICA DE GALILEO Y NEWTON

HUBO de llegar el Renacimiento europeo, tan vivo e innovador, para que la ciencia moderna y sus reglas comenzaran a definirse. El misterio de las catedrales góticas y de la alquimia quedan atrás. Se invita a la experimentación en muchos ámbitos y no tarda en surgir un Galileo, quien tal vez sea el primer físico experimental en el sentido que hoy damos a este término. Pocos años después, el gran Newton hace cuatro contribuciones fundamentales al avance de la física: formula las leyes de movimiento de los cuerpos, descubre la ley de la gravitación universal, postula que la luz está formada por corpúsculos e inventa el cálculo infinitesimal. Pocos habrían de hacer tantas y tan notables contribuciones a la ciencia.

Aunque Newton no las formuló así, es conveniente para nuestros propósitos posteriores hacer un breve resumen de las leyes del movimiento, que son tres, y que constituyen la base de lo que llamamos la mecánica clásica. Newton se dio cuenta de que para describir el movimiento de una partícula se requiere de un marco de referencia, o sea de un sistema de coordenadas, que nos ayude a fijar la posición de la partícula, y de un sistema de relojes, que nos indique cómo transcurre el tiempo. Entre todos estos sistemas de referencia, postulamos que existe uno en que una partícula aislada se moverá con velocidad constante, tanto en magnitud como en dirección. A este sistema de referencia le llamaremos inercial. Además, si existe otro sistema de coordenadas que se mueva con velocidad constante respecto a uno inercial, ese otro sistema también será inercial. Es decir, si existe un sistema inercial, habrá un número infinito de ellos. Postulamos también que las leyes de la mecánica no dependen del sistema inercial que se elija. A este último postulado, se le llama principio de relatividad de Galileo. Ambos postulados constituyen la primera ley de movimiento, que es una ley muy general y válida no sólo en el mundo clásico de la física, sino también en el mundo relativista de Einstein que luego describiremos. Y, lo que es más, también válida en el dominio de la física microscópica, la mecánica cuántica. Esta ley, pues, formulada como hemos indicado, ha resistido todos los embates de miles y miles de físicos y los resultados de una enormidad de experimentos y observaciones a lo largo de tres siglos.

Luego tenemos la segunda ley de Newton, que define la fuerza, resultado de la acción de un cuerpo sobre otro, y que es igual al producto de la masa por la aceleración que sufre ese cuerpo. Esta ley ya no resistió la revolución cuántica y fue reemplazada por otras, de mayor generalidad, como luego veremos. Tiene una jerarquía, pues, menor que la primera ley. Finalmente, la tercera ley de Newton es todavía más particular y nos dice que a toda acción que un cuerpo ejerce sobre otro, corresponde una reacción que éste último ejerce sobre el primero; la reacción es igual en magnitud y dirección a la acción pero de signo opuesto.

Si juntamos tres de las cuatro grandes contribuciones de Newton, las leyes de movimiento, la gravitación y el cálculo diferencial, podemos explicarnos la rotación de los planetas alrededor del Sol regidos por las leyes que el astrónomo real de Dinamarca, Kepler, descubrió al resumir sus observaciones sobre las órbitas de los planetas. No es este un logro menor; desde la más remota antigñedad había intrigado este problema al hombre de todas las civilizaciones.