Newton y la historia de la manzana (verdadero o falso)

http://dx.doi.org/10.1016/S0160-9327(99)80040-4 

¿Es verdadera la historia de la manzana que cae delante de Newton y que le muestra que la gravedad que atrae  a la manzana es la misma que la que atrae a la Luna, llevándole a concluir la existencia de una Gravitación Universal?

Difícil respuesta. En “Newton and the Science of his Age“, E. N. da C. Andrade (Nature, vol. 150, 1942) indica que la historia de la manzana fue descrita por Voltaire en la segunda edición de su libro “Eléments de la Philosophie de Newton“, 1741, pero no aparece en la primera edición de dicho libro en 1738. Aparentemente, “Newton and the Apple“, E. N. da C. Andrade (Nature, vol. 151, 1943), la historia fue publicada por Voltaire en 1733 en sus “Lettres sur les Anglais”, que aparecieron en versión inglesa el mismo año. ¿Por qué Voltaire la omitió en la primera edición de su libro? No se sabe. ¿Quién le contó la historia a Voltaire? Parece ser que Voltaire dice que se la contó la “sobrina” de Newton, Sra. Conduitt, casada con el asistente de Newton.

Hay quien piensa que es también una leyenda, pero miren esto escrito por un amigo suyo. W. Stukeley “Memorias de la vida de sir Isaac Newton”: “Tras la cena [el 15 de abril de 1726], con clima agradable, salimos al jardín él [Newton] y yo a tomar el té a la sombra de unos manzanos. En la conversación me dijo que estaba en la misma situación que cuando le vino a la mente por primera vez la idea de la gravitación. La originó la caída de una manzana, mientras estaba sentado, reflexionando. Pensó para sí ¿por qué tiene que caer la manzana siempre perpendicularmente al suelo? ¿Por qué no cae hacia arriba o hacia un lado, y no siempre hacia el centro de la Tierra? La razón tiene que ser que la Tierra la atrae. Debe haber una fuerza de atracción en la materia; y la suma de la fuerza de atracción de la materia de la Tierra debe estar en el centro de la Tierra, y no en otro lado. Por esto la manzana cae perpendicularmente, hacia el centro. Por tanto, si la materia atrae a la materia, debe ser en proporción a su cantidad [la masa]. La manzana atrae a la Tierra tanto como la Tierra atrae a la manzana. Hay una fuerza, la que aquí llamamos gravedad, que se extiende por todo el universo”.

En “¿existió la manaza de Newton?” se sugiere que: “¿Está la anécdota de la manzana destinada a Catherine Conduitt? Posiblemente, era lega en matemáticas y la única persona que le podía importar lo suficiente a Newton para que este buscara una anécdota divulgativa.” 

En inglés podemos leer “Falling Apple Story” que afirma que “Conduitt does not actually declare that an apple fell in Newton’s presence”, luego la caída de la manzana podría ser una ilustración de una tesis y no una observación que realmente haya ocurrido. También podemos leer que “Voltaire, writing in English in his Essay on the Civil War in France (1727), spoke of ‘Sir Isaac Newton walking in his Garden had the first thought of his System of Gravitation, upon seeing an Apple falling down from the Tree’,” que reaparece en sus Letters de 1733, como hemos indicado antes. El autor de “Falling Apple Story” propone que la fuente de Voltaire pudo ser Catherine Barton (que tras casarse pasó a ser la sra. Conduitt). También parece que la historia fue publicada en 1727 por Robert Greene en su “Philosophy of the Expansive and Contractive Forces”, señalando como fuente a Martin Folkes.

Un hombre de unos 80 años recordando historias de juventud y contándoselas a sus amigos (Catherine Barton, Martin Folkes, John Conduitt y William Stukeley). ¡¡ Qué bonita historia !! La otra cara de la “bestia negra” de Newton entrado el s. XVIII.

¿Interesado en tsunamis? Algunos enlaces de interés

Las simulaciones de la propagación del tsunami de 26 de diciembre de 2004 de Randall LeVeque y colaboradores son muy interesantes. Se basan en el uso de métodos numéricos de tipo Volúmenes Finitos para las Ecuaciones de Aguas Someras (shallow water) incluyendo malla adaptativa en tiempo y espacio. Las animaciones (GIFs animados) son muy recomendables (pero tardan tiempo en cargar): Océano Índico con malla adaptativa, Cómo se genera el tsunami, Como se propaga inicialmente desde Sri Lanka y cómo se propaga por todo el océano Índico. Yo las ví por primera vez en el Congreso Internacional de Matemáticos (ICM) de 2006 celebrado en Madrid, en la charla del propio LeVeque (muy sencillo en contenido técnico pero muy espectacular por las animaciones). El artículo técnico tarda en descargar pero se entiende fácilmente. La presentación PPT también está muy bien (pero tarda más aún). La presentación en el ICM la podéis obtener de la página web de Randall: las películas en GIF, y el preprint del artículo técnico.

Una explicación sencilla del “funcionamiento” de un tsunami (“Understanding the tsunami with a simple modelEJP 2006) puede ser difícil para un aficionado a la ciencia, con lo que quizás es más recomendable el artículo “Explaining the physics of tsunamis to undergraduate and non-physics students”  EJP 2006. “Dynamics of tsunami waves” es también fácil de leer. El siguiente video presenta la idea muy simplificada.

Estas explicaciones se basan en el que el tsunami es un tipo de onda solitaria (solitón) que resulta del equilibrio de ciertos términos no lineales en las ecuaciones con términos lineales (dispersivos). Sin embargo, un artículo muy cortito de Adrian Constantin critica esta idea, observando que la topografía del fondo puede explicar los tsunamis en un modelo de múltiples escalas. Aunque Constantin y el otro autor Johson son matemáticos muy famosos en dinámica de ondas no lineales, su idea no ha sido seguida por otros, todavía.

Cómo descubrir las pepitas de oro de la ciencia (o a toro pasado, todo es más fácil)

La mejor métrica bibliométrica para cuantificar la importancia o el impacto de un artículo no es conocida, quizás incluso no exista. La más sencilla es el número de citas. Sin embargo, el algoritmo de cuantificación de la importancia que utiliza Google, PageRank de Google, también puede ser de utilidad. Los autores de “Finding Scientific Gems with Google” Chen, Xie, Maslov, Redner, 2006, han aplicado dicho algoritmo a más de 350.000 artículos publicados en las revistas Physical Review (desde A a E) hasta 2003. De esta manera han determinado los artículos que son “excepcionalmente” buenos (según el PageRank de Google). ¿Cómo son estas “pepitas de oro” de la ciencia? ¿Realmente han influido en la historia reciente de la Física? ¿Cómo correlaciona esta métrica con el número de citas? A toro pasado es fácil contestar estas preguntas. De todas formas merece la pena leerse el artículo.

Los autores han descubierto que hay una buena correlación entre el número de citas y la media del PageRank de Google. Sin embargo, algunos artículos “atípicos” (outliers) están altamente colocados según el PageRank pero tienen pocas citas. Por ejemplo, el artículo “Unitary Symmetry and Leptonic Decays“, Phys. Rev. Lett. 10, 531 (1963) de
N. Cabibbo el No. 1 según el PageRank pero sólo el No. 54 según el número de citas. Por contra, el artículo “Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects“, Phys. Rev. 140, A1133 (1965) de W. Kohn & L. J. Sham es el No. 3 según el PageRank siendo el No. 1 en número de citas (3227 comparada con 574 del otro).

Los autores proponen que esta técnica permite determinar las “pepitas” de la ciencia. Por ejemplo, el artículo No. 10 según el PageRank, “The Theory of Complex Spectra“, by J. C. Slater, solamente ha sido citado 114 veces (tiene el puesto 1853 en número de citas, aunque hoy por hoy tiene 240 citas según APS). El determinante de Slater se utiliza hoy tanto que la mayoría de los investigadores ya no citan el artículo original (que se ha asumido como parte del “know-how” en Física). El PageRank de Google logra identificar esta gema y reinvidicar la importancia de este trabajo de Slater.

Entre los 100 artículos con mayor PageRank podemos buscar las gemas entre los que tienen “anormalmente” pocas citas (los otros también son gemas, pero no por descubrir). El artículo de Wigner and Seitz, “On the Constitution of Metallic Sodium”  o el artículo de Gell-Mann and Brueckner, “Correlation Energy of an Electron Gas at High Density” son algunas de las 23 gemas (entre 100) encontradas por los autores.

Por supuesto, el algoritmo PageRank también se equivoca a veces (todos tenemos la experiencia buscando con Google). Por ejemplo, el artículo de Rosenstock and Marquardt, “Cluster formation in two-dimensional random walks: Application to photolysis of silver halides“, que parece que tiene sólo 3 citas y es un top 100. La razón es que uno de los artículos que le citan, de T. Witten and L. Sander
Diffusion-Limited Aggregation, a Kinetic Critical Phenomenon” tiene la friolera de 680
citas, incluyendo sólo 10 referencias, con lo que su fama se extiende hasta el artículo de Rosenstock adn Marquardt. De hecho, un artículo que es citado por un artículo muy famoso que tenga pocas referencias, adquiere un valor de PageRank muy importante.

La misma idea de los autores de “Finding Scientific Gems with Google” Chen, Xie, Maslov, Redner, 2006, ha sido aplicada para determinar los autores que son “pepitas de oro” en sus campos, “Mining a digital library for influential authors“, Mimno, McCallum, 2007. Los autores han usado la Rexa Digital Library. Para cada artículo calculan su PageRank, que interpretan como la probabilidad de que un investigador ahora mismo esté leyendo dicho artículo. Han correlacionado los resultados con bases de datos de premios para científicos y han encontrado cierta correlación. Aunque el resultado no es muy espectacular.

Pero si el PageRank de Google funciona bibliométricamente tan ¿bien?, por qué Google Scholar no está considerado como una fuente “fiable” de información científica (de hecho muchas veces encuentro artículos por su título en Google que no logro encontrar en (la versión beta) de Google Scholar, ¿habrá algún una versión alfa?).

El mayor problema con Google Scholar está relacionado con la dificultad de determinar la relación entre su precisión, cobertura y calidad de su contenido. Promesas como que es “the best possible scholarly search” y “a single place to find scholarly materials covering all research areas, all sources, all time“, son claramente exageradas. Si ese es su objetivo, no lo han logrado (y en mi opinión no lo lograrán en los próximos años). Por ejemplo, ciertas editoriales han vetado a Google Scholar (Elsevier, ACS, o Emerald no están incluidas, aunque Google Scholar encuentra muchas de ellas de forma indirecta gracias a PubMed y otras fuentes) y las editoriales que no lo han vetado, no han ayudado a Google, con lo que no hay garantía que el contenido ofrecido por G. Scholar es completo.

Veamos un ejemplo: en el artículo “Is MetaSearch Dead?“, PPT de Roy Tennant, 2005,  el autor busca la palabra “tsunami” en Google Scholar, Google, y en la  National Science Digital Library (NSDL). He repetido la búsqueda para confirmarla. La primera página de Google Scholar ofrece 2 libros, 2 artículos de revisión y 6 artículos técnicos, información que podemos considerar como poco adecuada para un estudiante universitario. En Google, por el contrario, ofrece 3 “wiki”-verdades, con información científica “útil”, y varias páginas con información que podemos considerar útil, al menos para un estudiante. Finalmente, la búsqueda en NSDL ofrece 10 enlaces con información científica interesante para un estudiante. De todas las formas los mejores artículos no son fáciles de encontrar.