Brian E. Muñoz Peña: ¿Serán todas las leyes de la física y los principios antiguos tan certeros como pensamos?

Me interese en este tema porque había leído una noticia que capto mi atención, la cual tiene que ver directamente con esta ley. Newton, era un físico británico el cual dio a conocer las tres leyes del movimiento de Newton publicando su formulación matemática en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, en el 1687. La segunda ley de Newton, de la cual trata este artículo, nos dice que una fuerza neta ejercida sobre un objeto puede aumentar su rapidez o si la fuerza neta tiene un sentido opuesto al movimiento, la fuerza reducirá la velocidad del objeto. En otras palabras, si alguna fuerza externa actúa sobre el objeto en movimiento este aumentará o disminuirá su velocidad, dependiendo en qué dirección sea ejercida la fuerza. La aceleración de un objeto de acuerdo a esta ley es directamente proporcional a la fuerza ejercida. Ahora veremos porque me incline a hacer este artículo sobre la segunda ley de Newton. 

Las leyes de Newton son unas que desde el comienzo han sido consideradas como “perfectas”, como diciendo que así se rigen las cosas en el universo y ya. Pero al leer una noticia sobre partículas subatómicas auto acelerándose sin ninguna fuerza externa, me pregunto si de verdad son todos esos principios antiguos son tan certeros como pensamos. Al parecer no tanto para las generaciones nuevas de físicos. Para explicarles, en el año 2007, se inició un proyecto que demostró que bajo ciertas condiciones especiales la luz puede moverse a lo largo de una trayectoria curva y según principios antiguos la luz siempre viaja en línea recta. Científicos de Israel y los Estados Unidos han estado trabajando en este proyecto y también han encontrado que se puede inducir a partículas subatómicas a acelerarse por sí mismas casi a la velocidad de la luz, sin ningún tipo de fuerza externa, lo cual aparentemente “elude” la segunda ley de Newton.

Quien diría que después de siglos estas leyes y principios que veíamos tan certeros ahora pudieran tener algunas modificaciones o variaciones debido a la física moderna. De acuerdo a la noticia para lograr este concepto de auto aceleración de partículas “se basa en el comportamiento relativista de las partículas fundamentales, tales como los electrones, en términos de una estructura de onda” (Noticias de la ciencia y tecnología). Este equipo de investigación descubrió que manipulando la estructura de onda del modo adecuado, podría ser posible causar que los electrones se comporten contrario a la lógica común. Y esta manipulación de onda se podría lograr utilizando mascaras diseñadas especialmente con un concepto similar a las usadas para los hologramas pero en una escala menor. El electrón ganara cada vez más y más velocidad lo cual, como fue antes mencionado, podría llegar casi a la velocidad de la luz. 

Pienso que ahora pueden entender por qué tome este tema, que lo veo súper importante considerando la importancia que siempre han tenido estas leyes y principios en la física y en el universo. Este descubrimiento seguirá abriendo puertas a hallazgos nuevos, es obvio, y ayudara a entender más sobre las tantas cosas que todavía nos falta por descubrir, conocer y analizar en este universo tan variado y en el cual lo que aparenta ser algo “perfecto”, como estas leyes, puede tener variaciones o discrepancias siglos después. 

Philip Grossweiler: Development of the Law of Universal Gravitation

The theory of gravitational attraction states that objects are attracted to each other with a force that is proportional to the product of their masses. The development of this law spans hundreds of years, from the time it was first theorized, to the time it was refined, perfected, and proved. 

In the 4th century B.C., Aristotle believed that there was no effect on motion without a cause; therefore the cause of downward motion of heavy objects was related to their nature and that objects moved to their “natural place”.  Again a Roman engineer later theorized a similar rule, that gravity is not dependent on weight, but instead on nature. Brahmagupta formed a contradicting argument which stated that earth was spherical and attracted objects downward. Many years passed before any more major developments or proposed theories to why objects accelerate downward or anywhere.

The next notable development in the theory of the law of universal gravitation was Galileo who hypothesized that all objects accelerated equally when falling; therefore directly contradicting the theory given by Aristotle. Isaac Newton used Robert Hooke’s idea that gravitational force depends on the inverse square of the distance. He published his findings in the Principia which can be summarized as if the force of gravity pulling down on an apple reaches to the highest tree, could that force possibly reach all the way to the moon, which would then mean that the orbit of the moon around the earth would be a consequence of the Gravitational force. Using the theory of universal gravitation, Newton was able to prove the astronomical observations made by Kepler. This theory further garnered success when it was used to hypothesize the existence and position of Neptune and its orbit based solely on the movements of Uranus. Newton was able to describe gravity and its effects, but was unable to define the reason behind it.

Albert Einstein was the first to be able to determine why gravity worked the way it did. In 1905, Albert Einstein developed his “Special Theory of Relativity”. The “Special Theory of Relativity” showed how Newton’s three laws of motion were correct until the velocity approached the speed of light. In 1915, Albert Einstein published his “General Theory of Relativity” which proposed a new theory about gravity and again showed how Newton’s theory was correct, this time about Gravitational Energy, until there is a presence of very strong gravitational fields. In the “General Theory of Relativity”, he describes gravity as being more than just a force, and that instead is a consequence of mass’s influence in space. Newton and Einstein both believed that space had three dimensions, but where Newton believed that space was not able to be influenced, Einstein proposed that mass can warp, bend, push, or pull space, and that gravity was the outcome of mass existing in space. Today, it is widely accepted that Einstein’s theories are correct, but are not necessary unless dealing with speeds approaching the speed of light or extremely large gravitational fields; in all other cases, Newton’s laws will suffice.