EL ATOMISMO DE NEWTON A DALTON Robert E. Schofield

EL ATOMISMO DE NEWTON A DALTON
Robert E. Schofield
Department of History, Iowa State University, Ames, Iowa 50011
Los logros de Newton tanto en los Principia como en la Opticks, estaban firmemente
enraizados en una teoría atomística de la materia, con aspectos semejantes a la física
nuclear moderna en su énfasis sobre partículas fundamentales unidas en diferentes
arreglos por fuerzas de corto y largo alcance. Obstaculizados por una sofisticación
prematura, sus parámetros de tamaños y forma de las partículas y las fuerzas entre
partículas no pudieron cuantificarse. Aunque inspiró a muchos científicos del siglo
dieciocho y continuó sus desarrollo hacia una teoría cualitativa que intrigo a los
científicos hasta el siglo veinte, la teoría de la materia corpuscular unitaria (o
atomística) de Newton fue desplazada para la mayoría de los investigadores por una
variedad de sustancias en las que la naturaleza particular importaba menos que el
carácter de su comportamiento global. Fue sobre estas bases que Dalton desarrolló su
nuevo atomismo (químico), explicando la multiplicidad de sustancias con átomos
separados, distinguidos por diferencias operacionales en sus pesos atómicos
químicos.
Sólo rara vez Isaac Newton uso las palabras átomo o atomismo. No conozco ejemplo de
que lo hiciera en algo que intentara publicar o aun en su correspondencia privada tendió a
evitar estas palabras por medio del circumloquio, “la filosofía de Epícuro” o “filosofía de
Lucrecio”1. Parte de la razón era, sin duda, teológica. A pesar de los esfuerzos de Pierre
Gassendi y Walter Charlton de añadir la teleología cristiana a la teoría, atomismo aun
significaba ateísmo para la mayoría del clero inglés; el infame “fortuito concurso de
átomos” seguía siendo el termino favorito para describir las herejías de Hobbes, Espinoza y
aquellos radicales de cafetín contra los que anualmente las conferencias de Robert Boyle
predicaban sus sermones hasta bien entrado el siglo dieciocho. Newton, en privado insistía
en que la teoría era “interpretada incorrectamente... como atea”, pero su propio teísmo
profundo estaba tan fuertemente coloreado por un arrianismo a duras penas disfrazado que
hubiera sido imprudente, por así decirlo, para que pudiera defender el atomismo
publicamente1. Por lo menos, sucesivas posiciones -como profesor en Cambridge, Guardián
y Maestro del Tesoro, o Presidente de la Royal Society- podría cada una haber resultado
insostenible, mientras que su filosofía natural, bastante innecesariamente, hubiera
producido un odium theologicum mas intenso aun que el que Leibniz y sus otros detractores
intentaron darle.
Sin embargo Newton, siguiendo el camino de sus predecesores inmediatos, adoptó una
filosofía natural mecánica que se parecía al atomismo clásico en muchos de sus aspectos.
Como Descartes y Robert Boyle aceptó el concepto de que toda sustancia era en ultimas la
misma, al existir en partículas, o corpúsculos, cuya variedad de tamaños, formas y
movimientos eran las causas operativas de los fenómenos físicos. Como Boyle, pero no
Descartes, Newton adoptó (durante casi toda su carrera) la noción de vacío y evitó decir si
las partículas de materia matemáticamente distinguibles eran, en la práctica, infinitamente
divisibles2. No es sorprendente que los contemporáneos de Newton pudieran describir
aquellos corpúsculos suyos como “átomos de materia”, o que algunos de sus admiradores
fueran explícitos en sus descripción de su filosofía natural como atomismo3. Pero si la
filosofía natural de Newton era atomística, era un atomismo muy diferente en esencia, del
de los antiguos -o de aquellos “gigantes” de la filosofía corpuscular de los que había
tomado sus claves iniciales. Por supuesto, su razón principal para rehuir el uso de las
palabras átomo o atomismo puede provenir de una aguda conciencia de las diferencias de
su sistema con aquellas previamente adoptadas.
Epistemológicamente, Newton requería una demostración matemática o experimental de
que una explicación corpuscular era la causa de un fenómeno; el argumento neutral, que
satisfacía a Epicuro o a Descartes y Boyle de que alguna explicación corpuscular mecánica
podría encontrarse para cualquier fenómeno ya no era suficiente. Ontológicamente, la
diferencia era aun más grande. Newton nunca aceptó nociones trascendentes y formas que
transfiriera a las partículas últimas de materia las propiedades que pertenecían a los cuerpos
completos compuestos de ellas4. Para aquellas causas operativas favoritas de los
corpuscularios cinemáticos, las puntas de aguja, bordes afilados, resortes enrollados, etc., el
las sustituyó por un rango de fuerzas atractivas y repulsivas entre partículas que hacían una
corpuscularidad dinámica -o aún un atomismo físico más parecido al de los físicos
modernos que cualquier atomismo había sido o iba a ser por casi doscientos años.
Aun así fuerza iba a permanecer, en los escritos de Newton como un concepto ambiguo.
Atracción y repulsión quizá no significaba mas que una característica inexplicada de los
cuerpos para aproximarse o retirarse uno del otro; ciertamente la fuerza como agente activo
no podía ser una característica inherente a la materia inerte. Sus muchos detractores
acusaron a Newton de reintroducir cualidades ocultas en la ciencia y, a pesar de todas sus
negaciones indignadas las acusaciones bien pudieron ser ciertas. Parece ser que Newton
creía que las fuerzas activas representaban el continuo ejercicio de voluntad de una deidad
omnipresente aunque el nunca lo dijo publicamente5. A pesar de los argumentos sobre las
causas últimas, las fuerzas interparticulares de Newton iban a ser el medio por el cual el
atomismo se transformó temporalmente, de un modelo mecánico putativo del universo a un
sistema explicativo que poseyera potencialmente precisión matemática y experimental.
Dios, parecía, ejercitaba Su voluntad de acuerdo a una ley matemática; la fuerza atractiva
gravitacional 1/R2 se probó y comprobó en contra de los repetidos ataques durante el siglo
dieciocho. Así también, por un tiempo, Newton intentó derivar la ley de Boyle. Con la
ayuda de algunas matemáticas ingeniosas, su fuerza elástica entre partículas de aire
“recíprocamente proporcional a la distancia entre los centros de las partículas, terminan en
aquellas partículas cercanas a ellas, o se difunden no muchos mas lejos”, permitían calcular
la velocidad del sonido y, a pesar de su forma algo peculiar se convirtieron en un ejemplo
principal de fuerzas repulsivas6.
Quién puede sorprenderse de que habiendo demostrado triunfalmente el poder explicativo
de esas fuerzas en los Principia Newton declarara en su Prefacio:
... Derivo de los fenómenos celestiales la fuerzas de gravedad.. Entonces de estas fuerzas...
deduzco los movimientos de los planetas, los cometas, la luna y el mar. Desearía poder
derivar el resto de los fenómenos de la Naturaleza por la misma forma de razonamiento a
partir de principios mecánicos, ya que me inclino por muchas razones a sospechar de que
todas ellas pueden depender de ciertas fuerzas por las que las partículas de los cuerpos, por
causas aun hasta aquí desconocidas, son ya mutuamente impelidas una hacia otra, y se unen
en figuras regulares, o son repelidas y receden una de otra7.
Repitió y extendió sus convicciones corpusculares dinámicas en Pregunta 23 de la edición
latina de la Opticks de 1706, renumerada 31 en la segunda edición inglesa de 1717: al
principio Dios había formado la materia en cuerpos sólidos, masivos, duros, impenetrables,
inertes y movibles de tamaños y formas determinadas. Las partículas mas pequeñas se
juntan por fuerzas atractivas para formar partículas aún más grandes que se juntan por
fuerzas aun menores y así hasta alcanzar partículas sensibles de las que dependen las
operaciones de la física y la química. Todas las partículas actúan a través de ciertos
poderes, virtudes o fuerzas para producir la mayor parte de los fenómenos de la naturaleza.
Y así “... como en el Algebra donde Cantidades afirmativas se anulan y cesan, comienzan
las negativas”, así, en mecánica, donde cesan las fuerzas atractivas se reemplazan por
fuerzas repulsivas. Las fuerzas atractivas pueden usarse para explicar refracción e inflexión
de la luz, gravitación, magnetismo y electricidad, delicuescencia, composición y
descomposición química, ebullición, disolución, concreción, cristalización, cohesión,
congelación y capilaridad; las fuerzas repulsivas pueden explicar reflexión y emisión de
luz, volatilidad y evaporación, fermentación y putrefacción, elasticidad y separacion8.
Este proyecto completo para corpúsculos fue, en verdad, impulsado con la típica
ambivalencia newtoniana en forma de pregunta, ya que aun no estaba sustentado por
suficientes pruebas matemáticas o experimentales, pero los seguidores de Newton, por casi
medio siglo, no se perturbaron con dudas, como Jean Théophile Desaguliers lo diría en
1727, Sir Isaac había mencionado “varias Verdades” en sus Preguntas, que solo eran
cuestionadas por filósofos de clase inferior, no familiarizados con los hechos y
experimentos sobre los que se habían construido las Preguntas9. Y cuando Newton
completo esa Pregunta con la declaración, “... derivar dos o tres Principios de Movimiento
generales a partir de Fenómenos, y después decirnos como las Propiedades y Acciones de
todas las Cosas corpóreas se siguen de estos Principios manifiestos, seria un gran paso en
Filosofía, aunque las Causas de estos Principios no se hayan descubierto aun”, de seguro no
es sorprendente que varias generaciones de filósofos naturales del siglo dieciocho tomaran
“esos Principios” como fuerzas atractivas y repulsivas, e interpretaran las palabras de
Newton como un método de investigación: de los movimientos, encuentre las fuerzas, de
las fuerzas, derive los fenomenos10.
Muchos de los primeros de estos filósofos naturales adoptaron el diseño investigativo de
Newton con una terca ingenuidad más fácil de despertar una asombrada admiración que
aprobación. En 1709 Dr. John Freind escribió una formula química semimatemática (para
explicar cómo aqua regia podía disolver oro pero no plata; aqua fortis plata, pero no oro)
que involucraba seis fuerzas atractivas desconocidas, dos tamaños desconocidos de
partículas y dos tamaños desconocidos para los poros entre las partículas metálicas11. En
1708, el Dr. James Keill había ofrecido una explicación para treinta y siete secreciones
glandulares diferentes como modificaciones y combinaciones de unas cinco partículas de
varios tamaños en la sangre, uniéndose en forma diferente con el movimiento de la sangre a
diferentes velocidades en varias partes del cuerpo -tamaños de las partículas,
combinaciones y velocidades todas igualmente desconocidas12. Pero Stephen Hales,
adoptando más sobriamente la ontología atomista newtoniana, produjo en sus ensayos
estadísticos de 1727 y 1733, estudios en fisiología vegetal y animal y en química neumática
que produjeron consecuencias positivas a largo plazo. Aun en el trabajo de Hales, sin
embargo, aparecía el problema esencial. Los investigadores no habían deducido
cuantitativamente las fuerzas de los movimientos de las partículas determinantes,
simplemente habían creado explicaciones de tipos de fuerza-y-partícula asumidos.
Por supuesto, se hizo cada vez mas claro que solo la fuerza gravitacional 1/R2, entre
partículas cuyos tamaños y formas microscópicas eran irrelevantes, tenían verdaderamente
la autoridad de una confirmación numérica de respaldo. Esto no era, sin embargo, por falta
de tratar de medir los parámetros relevantes. Newton mismo había especulado sobre los
tamaños de partículas livianas en la Opticks. Edmund Halley, de experimentos con alambre
de plata dorado, concluyo que si la capa de oro se asumía de un grosor de una partícula, el
cubo de una centésima parte de una pulgada contendría mas partículas que el cubo de 1345
-i. e., el volumen de una partícula de oro seria aproximadamente 6.8x10-15 cm3. Por
sugerencia de Newton, Francis Hauksbee había realizado experimentos de capilaridad entre
laminas de vidrio y concluyo que la fuerza de atracción era reciproca a la distancia entre las
laminas. Brook Taylor intento medir la tensión superficial del agua; Taylor, Hauksbee y
Pieter van Musschenbroek intentaron encontrar la fuerza de atracción magnética.
Desaguliers hizo lo mismo para la atracción eléctrica y también midió las fuerzas cohesivas
entre superficies de plomo recién cortadas, arguyendo que la eficiencia de las maquinas de
vapor se reducía por las fuerzas cohesivas entre las partes metálicas en rozamiento13.
Siendo el atomismo newtoniano particularmente atractivo a los químicos de comienzos del
siglo dieciocho, también intentaron ellos determinar fuerza y tamaños de partículas.
Herman Boerhaave habló por muchos de ellos cuando concluyó que los átomos del químico
estaban a su vez formados de partes infinitesimales unidas por fuerzas de largo y corto
alcance en forma que no eran divisibles por métodos ordinarios14. Estas fuerzas quizá no
podrían medirse, pero seguramente las involucradas en las reacciones entre los átomos
podían determinarse. Tan temprano como en 1718, Etienne Geoffroy había publicado tablas
de afinidades, basado en reacciones químicas comparativas y cuando Stephen Hales
trabajando con aires (que se pensaba eran mas cercanos al estado primitivo de la materia)
calculó que las partículas de aire unidas en un estado inelástico en una pieza de roble,
debían contenerse allí con una fuerza atractiva mayor de 20350 lb, podía haber parecido
que las fuerzas de estas afinidades podían cuantificarse15. Pero las dificultades esenciales
siempre permanecieron. La mayoría de las medidas de fuerzas eran inconclusas y ninguna
era transferible a niveles microscópicos; las fuerzas entre las partículas mismas, y el tamaño
de las partículas permanecían desconocidos.
Tan temprano como en 1733, Hales se quejaba que, siendo desconocida la posición y
combinación de las partículas, no era posible explicar los efectos de las fuerzas16. Par a1740
esta queja se había convertido en un coro. Musschenbroek escribió:
Aunque puede haber varios principios internos en los cuerpos actuando en proporciones
diferentes a distancias diferentes es aun imposible determinarlas... porque no pueden
realizarse ensayos sobre elementos primarios... Sin embargo sobre estas dependerán sus
diferentes fuerzas de atraccion17.
Desaguliers confesó su inhabilidad de encontrar “... por cualquier experimento qué tan
grande debe ser la molécula de Vapor... y si estas Moléculas varían... al aumentar la Fuerza
repelente... o por ulterior División de las Partículas en otras Partículas aun menores...”18 y
para 1748, el caso era tan malo que aún los trivialmente involucrados, se sentían libres de
criticar. Thomas Rutherforth, cuyo único mérito de fama científica fue un texto de filosofía
natural escrito mientras esperaba su nombramiento como Profesor Regius del Divinity en
Cambridge, escribió en ese texto que las explicaciones con fuerzas habían llegado a
parecerse a las cualidades sustanciales de los aristotélicos: ya que se han acostumbrado a
asignar tantas cualidades ocultas diferentes como de apariencias diferentes haya para
explicar; así los filósofos que dan estas respuestas [de fuerzas] introducen tantas suertes
diferentes de atracción como cuerpos haya para disolver y fluidos para disolverlos19.
Claramente las explicaciones fuerza-y-partícula habían perdido su poder para lograr
aceptación general. Y aunque el fracaso de encontrar valores cuantitativos para sus
parámetros esenciales no era la única razón, seguramente fue una causa que contribuyo al
reemplazo general, después de 1740 de las explicaciones atomistas de Newton por otro
modelo, derivado de Newton que iba, curiosamente, a terminar en el atomismo no
newtoniano de John Dalton.
Esto no quiere decir, sin embargo, que la atracción de la corpuscularidad dinámica
newtoniana cesó en 1740. En particular hacia el final del siglo, un grupo de los científicos
mas creativos del siglo dieciocho continuo trabajando con ese modelo, con frecuencia con
poca comprensión de sus contemporáneos sobre lo que estaban haciendo. En 1767, Joseph
Priestley, arguyendo de la falta de movimiento de un electroscopio de bola cuando se
colocaba dentro de un cilindro metálico cargado, dedujo una forma 1/R2 para la fuerza entre
las partículas eléctricas. Prietsley también continuo el enfoque de Hales en la química
neumática y sus experimentos cuantitativos casi siempre encerraban cambios de volumen un parámetro relacionado a fuerzas- mas que en masas químicas, parámetro taxonómico,
materialista en ese tiempo20. Henry Cavendish, también, retuvo una ontología atomista
newtoniana tanto de la electricidad como en química y desarrollo, en una investigación no
publicada sobre el calor, un sofisticado análisis de conservación del calor que involucraba
momentum mecánico de partículas tanto actual como potencial, definido como mv2.21 El
enfoque corpuscular de Cavendish hacia una teoría cinética del calor fue tan generalmente
ignorado como la derivación corpuscular cinemática de la ley de Boyle por Daniel
Bernoulli (publicada en 1738) lo había sido, ya que la época tornaba cada vez mas a
explicaciones materialistas en lugar de mecanísticas. Sin embargo el científico y
matemático francés, Pierre-Simon Laplace continuó empleando el concepto de fuerzas
entre partículas tan tarde como en 1812, para el entendimiento de la capilaridad, la óptica,
la velocidad del sonido y la teoría del calor22.
Fue en química, sin embargo, donde, para una terca banda de deseosos físicos, las medidas
de las afinidades continuaban siendo la mejor esperanza de hacer de la química, una ciencia
matemática mas que descriptiva. George Louis Leclerc, conde de Buffon, declaro que la ley
universal de la atracción química era de la forma 1/R2, enmascarada por la influencia de la
forma de las partículas a distancias cortas, pero la mayoría de los químicos querían una
relación mas explícita entre fuerzas y tablas de afinidad23. Guyton de Morveau adopto las
medidas de adhesión superficial de Brook Taylor para estudiar la adhesión de tiras
metálicas al mercurio y reportar triunfalmente que los resultados estaban en el mismo orden
de los de las afinidades químicas del mercurio y los metales. En 1777, el alemán C. F.
Welzel asumió que las velocidades de las reacciones químicas serían directamente
proporcionales a las fuerzas atractivas entre partículas reaccionantes, mientras que el
químico Anglo-Irlandés Richard Kirwan, en 1781 asumió que los cambios en gravedades
especificas de los compuestos químicos en reacción relacionaban al grado de cercanía de
las partículas componentes y era, por tanto, una medida de la atracción quimica24. Este
movimiento minoritario en química física termino finalmente cuando su abogado mas
persistente Claude-Louis Berthollet, colega por largo tiempo con Laplace en la dirección de
la investigación newtoniana de la Societé d’Arcueil, admitía después de 1813 que las
explicaciones con fuerzas de corto alcance eran demasiado simples para explicar las
complejidades de las reacciones quimicas25. Con la defección de Berthollet, concluyo el
último de los enfoques atomísticos completamente newtonianos de la química; solo mas de
cincuenta años después habría intentos consistentes para reducir la química a explicaciones
físicas.
Hubo, sin embargo, por otra parte, en su propio método peculiar, un magnifico intento
durante el siglo diecinueve de producir un sistema de atomismo físico, del filósofocientífico Jesuita Dálmata Roger Joseph Boscovich (ver Fig. 1). Boscovich aceptó, casi
como ventajas, la ignorancia causal y las deficiencias cuantitativas del atomismo
newtoniano y ofreció, en su Theoria Philosophiae Naturalis de 1763, una ley general de
fuerzas que pretendía buscar aceptación por su poder descriptivo cualitativo26. El problema
de tamaño y forma de la partícula se resolvió al asumir que los elementos primarios de
materia eran perfectamente indivisibles y punto sin extensión. Cada punto poseía inercia y
cualesquiera dos puntos tendrían a aproximarse uno a otro a ciertas distancias y receder a
otras, de acuerdo a una ley universal, representada esquemáticamente por una sola curva; a
distancias infinitamente cercanas, la tendencia acelerativa repulsiva de dos punto-átomos
aumenta al infinito. A distancias moderadas, la tendencia atractiva se aproxima a la ley
1/R2. Entre estos extremos, la tendencia acelerativa varía con la distancia, cruzando el eje
radial de repulsión atracción y de nuevo a repulsión muchas veces.
Fig. 1. Curva que representa la ley general de fuerzas entre dos partículas, de Ref. 26, p. 42.
Ahora Boscovich estaba tan indeciso como Newton de enunciar las causas de estas
tendencias atractiva y repulsiva con fuerzas que residen en los punto-átomos. De la curva
propuesta, sin embargo, es claro que los segmentos entre cruces del eje de distancia puede
ser (como, ciertamente, lo eran) tomarse como lugares alternos de fuerza atractiva y
repulsiva. Como la curva es esféricamente simétrica, uno tiene por tanto, punto-átomos
geométricos rodeados por conchas esféricas concéntricas de fuerza alternante repulsiva y
atractiva que alcanza una atracción del inverso del cuadrado a distancias moderadas del
centro. Excepto por la condensación matemática de partículas a puntos, no hay nada en este
diseño para estructura fina de la materia que sea inconsistente con las sugerencias de la
búsqueda óptica de Newton. De hecho, tan temprano como 1737, John Rowning había
propuesto un conjunto de cuatro conchas de fuerza esférica concéntrica, alternamente
repulsiva y atractiva, como medio para explicar la congelación, licuefacción y vaporización
del agua. Tanto Stephen Hales como J. T. Desaguliers habían hecho uso de “esferas de
repulsión y atracción” a diferentes distancias del centro de las partículas para explicar el
comportamiento elástico del aire o de vapores, basando sus argumentos directamente en
Newton. Se puede entender porque John Leslie iba a describir el sistema puntual de
Boscovich como “la extensión más feliz y mas luminosa del sistema newtoniano”, pero es
necesario, al mismo tiempo, ver que el sistema de Boscovich era de verdad una extension27.
Note que los puntos donde la curva cruza el eje radial son posiciones alternas de equilibrio
estable e inestable. De esta característica del modelo, al colocar apropiadamente cuatro o
más punto-átomo, es posible construir figuras estables de varios tamaños o formas que
tendrían las propiedades fenomenológicas de sólidos tridimensionales. Ya que, de acuerdo
a Boscovich, cada una de tales figuras seria el nuevo centro de otra curva de fuerza,
compuesta de los efectos, en cada punto del espacio, de la adición de las curvas para cada
punto átomo. Note, también, que las áreas bajo los segmentos de la curva puede representar
la energía liberada o adquirida en la expansión o contracción de los tamaños de las figuras,
o cambios en sus formas. Dejaré a su imaginación otras posibles consecuencias de este tipo
de construcción, pero cito un ejemplo curioso mas, dado por Boscovich (ver Fig. 2), de un
arreglo diferente de sus punto-átomo. Suponga dos de tales puntos, colocados a una
distancia estable uno de otro considerados como los focos de una elipse, cuyo eje
semimayor es igual a otra distancia estable. Si la forma de la curva de fuerza alrededor de
esa distancia es regular y simétrica, entonces un tercer punto-átomo viajara en la órbita de
esa elipse. Habrá, de hecho una serie de tales órbitas elípticas alternamente estables e
inestables, en forma tal que un tercer punto-átomo, si sale disparado de una órbita estable
pasara espontáneamente a otra. Este “elegante” teorema como lo llama Boscovich, no lo
desarrolla mas, porque no pudo “encontrarle utilidad... en la aplicación de mi teoría”28.
Fig. 2. Representación de la “elegante” teoría de puntos límites elípticos, de Ref. 26, p. 184.
La teoría iba a influenciar el pensamiento de científicos británicos, americanos, alemanes y
franceses durante el siglo diecinueve y a principios del veinte. Anterior al tiempo de
Dalton, ya había atraído el interés de Priestley, Cavendish, Laplace y Humphrey Davy, por
lo menos pero la teoría en últimas tenía los mismos defectos epistemológicos de la teoría
más simple de Newton. No podía cuantificarse. Boscovich escribió:
“Hay por cierto ciertas cosas que se relacionan a la ley de fuerza de las que estamos
completamente ignorantes; tales como el numero y distancia de las intersecciones de la curva
con el eje, la forma de los arcos que intervienen, y otras cosas parecidas; estas por cierto
sobrepasan con mucho el entendimiento humano... pero no hay razón para que no podamos
usar el argumento aunque muchas cosas acerca de el se desconozcan”29.
La mayoría de los contemporáneos de Boscovich, sin embargo, encontraron que había una
muy buena razón para que el argumento no se usara. Si se prefiere el ejemplo
epistemológico de Newton a su imperativo ontológico, cualquier exposición debería tener
una confirmación matemática o experimental para ser aceptable. No se podía dar ninguna
para la teoría de Boscovich, a pesar de su flexibilidad especulativa. La mayoría de los
filósofos naturales a finales del siglo dieciocho, adoptaron en su lugar, un modelo
explicativo menos ingenioso pero mas cuantificable. Este modelo, también, podía reclamar
el descender de Newton quien se había alejado de las explicaciones de fuerza-entrepartículas en el General Scholium a la segunda edición de los Principia en 1713 y del
nuevo en Queries añadida a la segunda edición inglesa de la Opticks de 171730. Actuando,
parece, por lo menos parcialmente como consecuencia de los experimentos de Francis
Hauksbee que mostraban la transmisión de calor y electricidad a través de un recipiente de
vidrio al vacío, Newton sugirió que todos los cuerpos y todo el espacio estaba lleno de un
fluido elástico, imponderable, fútil, llamado el éter, que era la causa real de las fuerzas
aparentes31. Nadie, incluyendo a Newton parece haber conocido como este éter actuaba y
pocos científicos hicieron uso consistente de el como un principio explicativo antes de
1740. Entonces un cambio en el origen educativo y cultural de los científicos, un mayor
interés en los aspectos materiales inmediatos de la química, y la inhabilidad para determinar
los parámetros de fuerza newtonianos produjo una curiosa adaptación del éter de Newton al
concepto de fluidos imponderables heterogéneos.
El proceso parece haber comenzado con los médicos holandeses, y especialmente
Boerhaave, cuando sugirieron que el calor era una sustancia, que se comportaba como el
éter al penetrar toda la materia, cuya mera posición causaba que los cuerpos se calentaran.
Al final del siglo, había líquidos imponderables de calor (i. e., calórico), de electricidad
(quizá tanto positiva como negativa), de magnetismo (astral y boreal), y posiblemente
algunos otros también. Cada uno de estos fluidos eran, sin duda, particular y estas
partículas probablemente ejercían una fuerza atractiva o repulsiva unos sobre otros o sobre
los otros tipos de materia. Los experimentos de fuerza eléctrica y magnética de Coulomb
eran, por ejemplo llevados a cabo para determinar las fuerzas que cantidades de fluido
ejercían uno sobre otro. Pero la economía conceptual de sustancia homogénea se perdió en
una heterogeneidad de diferentes clases de sustancia, mientras que ni la probable naturaleza
particular de los fluidos ni las posibles fuerzas tenían ningún estatus ontológico para
explicar las cualidades esenciales de los fenómenos relacionados a los fluidos. Estas eran
modificaciones de cualidad. Una sustancia estaba caliente porque, y en el grado en que,
contenía una cantidad del fluido de calor; era eléctrica (positiva o negativa en la
interpretación de Benjamin Franklin) porque, y en el grado en que, contenía una cantidad
de fluido de electricidad. Tales explicaciones perdieron su atractivo reduccionista y estético
de la filosofía corpuscular mecánica pero ganaron una dimensión cuantitativa. Si se asumía
(como la mayoría de los filósofos naturales del siglo dieciocho asumieron) una
conservación de sustancia, se podían escribir fórmulas en las que el cambio de una cualidad
particular se igualaba o se hacia proporcional al cambio de cantidad del fluido relevante.
Mientras tenia lugar este cambio de actitud en las explicaciones físicas, un cambio paralelo
se efectuaba en química. Al comienzo del siglo, el medico y químico alemán George Ernest
Stahl había objetado las explicaciones mecanísticas corpusculares en química porque, de
hecho no proveían información útil en el laboratorio. En lugar de caracterizar las sustancias
químicas por formas y tamaños microscópicos, que no podían observarse, Stahl, en efecto,
propuso una clasificación de sustancias simples por sus cualidades químicas y luego arguyo
que los compuestos compartían las propiedades de esas sustancias simples que son sus
principios constituyentes32. A medida que la química de Stahl se conocía cada vez más, los
químicos comenzaron a separar la química de la física. Declararon que los fenómenos
químicos no podían explicarse de acuerdo a la filosofía mecánica; no, quizá, porque esto no
pudiera hacerse en ultimas, sino porque ahora simplemente no era una línea fructuosa de
pesquisa. Ejemplos de la nueva actitud se encuentran a todo lo largo de Europa y Gran
Bretaña. El escocés, William Cullen, declaro que era “... necio deducir las propiedades de
los cuerpos de los supuestos tamaños y formas de partículas mas allá del alcance de la
ciencia”, mientras que el estudiante mas distinguido de Cullen, Joseph Black alababa a
Newton, pero insistía que la ciencia química estaba obstaculizada por especulaciones sobre
la causa de la afinidad, y particularmente por atracciones y repulsiones. “Me aventuro a
decir”, escribió, “que ningún hombre logro una noción clara y realmente explicativa de la
combinación química con la ayuda de atracciones”33. El uso de tablas de afinidad por
Cullen y Black es típico y revelador. Para cada uno, las afinidades se convirtieron
meramente en otra característica en el desarrollo de una taxonomía de las sustancias
químicas.
Este movimiento en química culmina en el logro de Antoine Lavoisier. Aunque Lavoisier
admitió que, de todas las ramas de la química, las afinidades eran “... la mejor calculada de
cualquier parte... al ser reducida a un cuerpo sistemático completamente”, no intento llevar
a cabo tal reducción en su famoso Traité Elémentaire de Chimie de 1789 y no vivió lo
suficiente para hacerlo en otra parte34. Cualquiera fueran sus intenciones, por tanto, su
trabajo publicado constituye una desaprobación del atomismo físico y erige una nueva
metodología analítica, taxonómica, en su lugar. Al rechazar cualquier definición de
elemento en términos de átomos simples e indivisibles porque “... es extremadamente
improbable que conozcamos algo de ellos”, sustituyó una definición operacional de
elemento químico que se basa en una cuantificación del peso de la sustancia:
Podemos aseverar como un axioma irrebatible que en todas las operaciones de arte y
naturaleza, nada se crea; una igual cantidad de materia existe antes y después de los
experimentos; la cualidad y cantidad de los elementos permanece precisamente la misma....
La utilidad y exactitud de la química depende completamente de la determinación de los
pesos de los ingredientes y productos tanto antes como después de los experimentos35.
La química se convertiría, por tanto, en la detección a través de las varias combinaciones de
las varias cantidades de sustancia, cada una identificada por sus cualidades. La discusión de
las causas de esas combinaciones se concentró en una especulación comparativamente
breve sobre la función del elemento anómalo calórico.
Esta es la química que John Dalton convirtió en partículas en su atomismo químico después
de 1802. Aunque Dalton llego al tema de la química por vía de una búsqueda de la
solubilidad diferencial de diferentes gases en agua pronto encontró que su respuesta
atomística física al problema no funcionaba. La “ley de las presiones parciales de los gases”
no podía explicarse como una función de afinidades ni de diferentes tamaños de partículas
para diferentes gases. Esto lo condujo a considerar otras propiedades para distinguir el
comportamiento mecánico de esos gases y esto, a su vez, de que las partículas últimas de
cuerpos elementales debían distinguirse por sus pesos caracteristicos36. También asumió
que estas partículas últimas o átomos químicos, estaban rodeados cada uno por una
atmósfera de calórico que producía una repulsión de los átomos de la misma sustancia
elemental. De esta suposición se dedujo una simplicidad preferencial útil en la combinación
química que fue lo mas cerca que el atomismo químico de Dalton se aproximó a la
tradición del atomismo físico de Newton. No había forma en la que fuerzas, tamaño o
forma de partículas, tuvieran significado explicativo para las propiedades químicas de los
elementos en la teoría de Dalton. Incluso al peso atómico no se le asignó un papel
explicativo en este sistema: el peso solo tenía un significado taxonómico cuantificable para
distinguir los elementos y seguirles el rastro como constituyentes de los compuestos
químicos. La química que Dalton cuantificó fue la de sus unidades de combinación, no las
fuerzas de sus procesos.
Dalton incorporó al modelo atómico los reclamos epistemológicos de Lavoisier. Al hacerlo,
dejo atrás sustancia homogénea, tamaño, forma, fuerzas interparticulares y procesos
químicos. Iba a tomar una nueva generación de físicos, el trabajar en un nuevo contexto
intelectual en el siglo diecinueve, primero para fisicalizar el átomo químico de Dalton y
luego disectarlo en partículas homogéneas subatómicas unidas y actuantes por medio de
fuerzas de corto alcance.
1.
Correspondence of Isaac Newton, editado por H. W. Turnbull (Cambridge University,
Cambridge, 1959-61), 3 Vols. Especialmente el Vol. 3, p. 384, donde David Gregory discute
las ideas atomísticas de Newton.
2.
Isaac Newton, Mathematical Principles of Natural Philosophy, traducido por Andrew Motte
(Londres, 1729) en la edición de Florian Cajori (University of California, Berkeley, 1947),
Reglas de Razonamiento, Libro III, p. 19.
3. Ver John Harris, Lexicum Technicum, Fuentes de la Ciencia No. 28 (Johnson, New York, 1966,
reimpresión de la edición de Londres, 1704), Vol.1; y Pieter von Musschhenbrock, Elements of
Natural Philosophy (Londres, 1744), Vol. 1. P. 19.
4. El término “transdicción” para describir propiedades toscas que se asignan a sus constituyentes
particulares no-observables es de M. Mandelbaum, Philosophy, Science amd Sense-Perception
(John Hopkins, Baltimore, 1964), Cap. 2; debo el uso del término a Ernan McMullin, Newton
on Matter and Activity (Notre Dame, South Bend, IN, 1978), pp. 15-16.
5. Ver David Gregory, Isaac Newton and their Circle Extracts from David Gregory’s Memoranda,
1677-1708, editado por W. G. Hiscock (Oxford University, Oxford, 1937), p. 30.
6.
I. Newton, Ref. 2 Libro II, Prop. XXIII, Theorem XVIII y Scholium, pp. 300-302. R. S.
Westfall, Science 179, 751-758 (1973), ha mostrado el extraordinario esfuerzo al cual Newton
recurrió para forzar el cálculo de fuerza, basado en una ley de fuerza de 1/R para aire elástico,
y así ajustar la evidencia experimental de la velocidad del sonido.
7.
I. Newton, Ref. 6 p. xviii.
8. Este material es una condensación de las partes esenciales de la Pregunta 31, Newton, Opticks:
A Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections, and Colours of Light (Londres, 1718),
pp. 370, 375-76.
9.
J. T. Desaguliers, Philos. Trans. R. Soc. Londres 34, 264-91 (1726-27).
10
Newton, Ref. 8, p. 377.
11. John Freind, Chemical Lectures (Londres, 1712, Traducción al inglés de la edición latina,
1709), pp. 91-101.
12. James Keill, Essays on Several of Animal Oeconomy (Londres, 1738, 4ta ed., de 1708 Account
od Animal Secretion), pp. 212-21.
13. Un resumen de referencias para investigar sobre el tamaño de las partículas y sobre las fuerzas
se encuentra en Robert E. Schofield, Mechanism ans Materialism: British Natural Philosophy
in an Age of Reason (Princeton University, Princeton, NJ, 1970), pp. 63-87; este artículo es en
muchos aspectos una reafirmación directa algo diferente del argumento en ese libro. Ver
también Arnold Thackray, Atoms ans Power: An Essay on Newtonian Matter-Theory and the
Development of Chemistry (Harvard University, Cambridge, MA, 1970) quien
independientemente desarrolló un tratamiento algo similar de newtonianismo, pero adiciona
referencias ocasionales para fuentes continentales que no he examinado.
14. Herman Boerhaave, A Method of Studying Physick (1719), pp. 19-26, citado por Thackray, Ref.
13, p. 109.
15. Stephen Hales, Statical Essays: containing Vegetable Saticks,3rd ed. (Londres, 1738), p. 215.
16. Stephen Hales, Statical Essays: constaining Haemastaticks (Hafner, New York, for N. Y.
Academia de Medicina, Serie Historia de la Medicina, No. 22, 1964 reimpresión de la edición
de Londres 1733), pp. 198-204.
17. Musschenbroeck, Ref. 3, Vol. 2, pp. 313-14.
18. J. T. Desaguliers, Course of Experimental Philosophy, 3rd ed. (Londres, 1763) (1st ed., 1744),
Vol. 2, pp. 313-14.
19. Thomas Rutherford, System of Natural Philosophy (Thurlbourn, Cambridge, 1748), p. 9.
20. La deducción de 1/R2 aparece en el libro de Priestley History of Electricity (Londres, 1767);
sobre Priestley en general, ver R. E. Schofield, en el Dictionary of Scinetific Biography
(Scribner, New York, 1970).
21. Sobre Cavendish, ver el Dictionary of Scientific Biography (Scribner, New York, 1970) apunte
por Russel McCormmach.
22. El estudio más disponible del trabajo de Laplace es probablemente el multiautorado apunte en el
volumen de apéndice del Dictionary of Scientific Biography (Scribner, New York, 1970); pero
también vea, Maurice Crosland, The Society of Arcueil: A View of French Science at the Time
of Napoleon I (Hervard University, Cambridge, MA, 1967).
23. Ver Arnold Thackray, John Dalton and the Process of Science, editado por D. S. L. Cardwell
(Manchester University, Manchester, England, 1968), p. 100. Para la referencia a Buffon.
24. Para Guyton, Wenzel y Kirwan, ver Thackray, Ref. 13, pp. 213-14, 227-30.
25. Sobre Berthollet, ver Thackray, Ref. 13, pp. 231-33.
26. La primera edición de la Theoria apareció en Viena en 1758, pero la edición de 1763, preparada
directamente bajo la supervisión de Boscovich es generalmente aceptada como definitiva. Mis
referencias son para R. J. Boscovich, A Theory of Natural Philosophy (Open Court, Chicago,
1922), traducido por J. M. Child.
27. Para Rowning, Hales y Desaguliers y su uso de esferas de atracción y repulsión, ver R. E.
Schopfield. Ref. 13, pp. 39, 77-78. 83-86. El comentario de Leslie está citado en p. 286.
28. Boscovich, Ref. 26, pp. 181-85.
29. Boscovich, Ref. 26, p. 49.
30. Newton, Ref. 2. Escolio general, pp. 546-47; Ref. 8, Preguntas 17-24 de la edición de 1717.
31. Esta influencia de los experimentos de Hauksbee es la sugerencia de Henry Guerlac, Arch. Int.
Hist. Sci. 16, 113-128 (1963).
32. La química de Stahl no ha recibido la atención que su influencia merece por parte de los
historiadores. Héléne Metzgar ha hecho el único estudio significativo de Stahl; ver, e. g. Isis 8,
427-64 (1926).
33. Cullen es citado por Thackray, Ref. 13, p. 200; Black en Schofield, Ref. 13, pp. 225-26.
34. Antoine Lavoisier, Elements of chemistry, traducido por Robert Kerr (Dover, New York, 1965,
reimpresión de la edición de 1790), pp. xxi-xxii.
35. Lavoisier, Ref. 34, pp. xviii-xxiv, 130-31, 297.
36. El mejor informe del recorrido de Dalton hacia el atomismo químico es el de L. K. Nash, Isis,
47, 101-116 (1956); Para Dalton, en general, ver el apunte biográfico hecho por Arnold
Thackray en el Dictionary of Scientific Biography (Scribner, New York, 1970.