1687, dos siglos después de que la Revolución Científica germinara, Isaac Newton estableció la ciencia moderna con la publicación de Principia Mathematica- Los principios matemáticos de la filosofía natural. La obra maestra de Newton describió "El sistema del mundo" � las leyes del movimiento de los cuerpos físicos � y reveló los mecanismos subyacentes del universo. Mostró que una sola fuerza universal � la gravitación � determinaba las órbitas de los planetas, los ciclos de la luna y el flujo y reflujo de la marea.

Newton delineó un universo perfectamente predecible � un mecanismo de reloj cósmico � donde los planetas giraban infinitamente a lo largo de sus senderos inmutables. Los objetos se movían, pero las "leyes del movimiento" nunca cambiaban. En el orden digno del universo newtoniano el futuro era indistinguible del pasado. La historia resultaba sin sentido en un mundo de ciclos que se repetían sin fin. El paso del tiempo no podía implicar un movimiento hacia adelante o el progreso. Como una cuestión de la ley natural, el mundo y todas las estrellas y planetas del cielo continuarían exactamente como se encontraban � girando según las órbitas determinadas por Dios en el momento de la Creación.

Sin duda, la visión newtoniana fue el mayor logro de los dos primeros siglos de la ciencia. Por medio del método científico � la derivación de patrones comunes o leyes naturales de una mezcla de observaciones astronómicas � Newton descifró el plan secreto mediante el cual Dios había organizado el universo. Haciendo uso del cálculo, el nuevo lenguaje científico que él mismo había inventado, Newton reveló la sencilla elegancia de las reglas que Dios había utilizado para ordenar el mundo en un estado de movimiento perpetuo y equilibrio eterno.

Impulsada por el éxito de Newton y la creencia de que el conocimiento perfecto era alcanzable, la investigación científica logró una nueva prominencia y urgencia en las vísperas del siglo diecisiete. Por ese entonces el centro mundial de la actividad científica de vanguardia era la Sociedad Real de Londres. Establecida en 1662, mientras Newton todavía estudiaba en Cambridge, se fundó la Sociedad para que la Corona apoyara el progreso del conocimiento científico. El lema de la Sociedad, Nullius in Verba, significa más o menos: "No aceptes la palabra de nadie; averígualo tu mismo". Dentro de unos años la Sociedad Real se convirtió en el mayor foro mundial para el intercambio de información respecto a los experimentos científicos más recientes. Los científicos de toda la Gran Bretaña y Europa mandaban cartas y trabajos para ser leídos en las reuniones semanales de la Sociedad. A diferencia de las universidades cuyo papel era transmitir la antigua sabiduría griega, la Sociedad Real se hizo el eje de comunicaciones para el conocimiento nuevo y la precursora de todas las sociedades modernas y revistas científicas.

Tan solo tres años después de la publicación de la Principia Mathematica de Newton, un francés llamado Denis Papin se presentó en una reunión de la Sociedad Real. Papin demostró un nuevo aparato asombroso que tenía que ver con la fuerza misteriosa de la presión atmosférica. No sabemos si Newton, un miembro distinguido de la Sociedad, asistió a la reunión de aquel día, pero aun él no hubiera podido haber previsto las implicaciones del experimento de Papin. Nadie hubiera podido adivinar que el camino que trazaba el experimento bastante trivial de Papin pronto llegaría a lanzar al mundo a una trayectoria de cambio acelerado que finalmente destruiría la visión de la estabilidad eterna de Newton.

Papin era uno de varios científicos que trataban de diseñar un mecanismo que impulsara una bomba a través de la manipulación del peso de la atmósfera. La idea resultaba tentadora porque la necesidad de bombear agua, aunque un asunto banal en el mundo moderno, se había convertido en problema social crítico para finales del siglo diecisiete. El crecimiento de la población significaba la necesidad de pozos más profundos para el abastecimiento de agua de las ciudades europeas en expansión. Y después de varios siglos de minería, se habían acabado los fácilmente trabajados afloramientos de la superficie de estaño, cobre, hierro y carbón. Los mineros se veían forzados a seguir las venas de mineral debajo de la superficie de la tierra. Pero en la medida en que avanzaban a niveles más profundos, las inundaciones del agua que se escurría se hacían más severas. Desde el siglo catorce se habían utilizado ruedas hidráulica como fuente de energía para las bombas de las minas, pero no todas las minas se encontraban convenientemente ubicadas cerca de los arroyos. En la mayoría de los casos, los mineros usaban bombas impulsadas por la fuerza de caballos y hombres. Pero las bombas en base a la fuerza muscular no podían adaptarse al dilema del empeoramiento del drenaje.

El pequeño aparato que Papin les mostró a los miembros de la Sociedad Real fue un cilindro hueco de latón de un diámetro de 6.35 centímetros que parecía una lata sin tapa. Un disco horizontal de latón que se acomodaba ajustadamente, o pistón, se deslizaba hacia arriba y hacia abajo dentro del cilindro. Usando una flama, Papin hirvió un poco de agua en el fondo del cilindro hasta expandir el vapor que impulsaba el pistón al borde superior del cilindro. Con una aldabilla de metal fijó el pistón en su lugar y luego enfrió el cilindro mediante un baño de agua fría. Este proceso condensó el vapor y creó un vacío parcial. Cuando Papin soltó la aldabilla, la presión atmosférica forzó el pistón hacia abajo y proporcionó suficiente poder para levantar al aire un peso de 27 kilos.

El aparato de Papin demostró el concepto de manipular la presión atmosférica para generar energía, pero era demasiado pequeño para hacer cualquier trabajo serio. Y puesto que los metalúrgicos no sabían construir un pistón y cilindro de diámetro grande, el invento de Papin no prosperó. Su método genial de capturar energía de la atmósfera había superado la tecnología de la metalurgia de su época.

Pero la necesidad social del poder de la bomba no desaparecía y la idea de diseñar una bomba atmosférica no terminó con Denis Papin. Una década después Thomas Savery se presentó ante la Sociedad Real para demostrar su diseño el cual básicamente era una caldera grande conectada por tubos y válvulas al punto medio de otro tubo vertical de agua. El vapor de la caldera forzaba el agua por la sección superior del tubo, y después de abrir y cerrar varias válvulas la condensación del vapor chupaba el agua por la sección inferior del tubo antes de que se repitiera el ciclo.

El motor de Savery resultó un poco más útil que el juguete de laboratorio de Papin; sin embargo, no podía bombear agua más de seis metros verticales. Los intentos de aumentar el poder por medio del aumento de la presión de vapor condujeron a una serie de explosiones desagradables. Con solamente seis metros de poder de levantamiento, el motor de Savery era inútil para de drenaje de las minas. De modo que, aparte de las ruedas hidráulicas y los molinos, el mundo entraba al siglo dieciocho sin ninguna maquinaria auto-impulsora.

A final de cuentas, la respuesta práctica al problema de las inundaciones de las minas no procedió de la élite de científicos de la Sociedad Real. La solución fue aportada por Thomas Newcomen, un herrero de pueblo y ferretero quien en su oficio de vender herramientas a los mineros de estaño de la región, se dio cuenta de su grave necesidad de una mejor bomba. Por algún motivo Newcomen creía que él podía resolver el problema del drenaje. A partir de 1698 él y su asistente trabajaron por 14 años para hacer una bomba atmosférica que funcionara. No está claro si Newcomen tenía conocimiento de los experimentos de Papin en la Sociedad Real, pero su diseño final combinó el cilindro y pistón de Papin con la caldera hirviente de Savery.

Newcomen había pasado ya diez años en el proyecto y estaba a punto de darse por vencido cuando ese milagro común de los inventos humanos, el accidente fortuito, le favoreció. Su motor experimental a pequeña escala consistía en una caldera y un cilindro vertical de latón. Este era de un ancho de menos de 30 centímetros el cual daba cabida a un pistón aún menor en diámetro. Al sellar la brecha entre el pistón y la pared del cilindro con una tira de cuero envuelta alrededor del borde del pistón, Newcomen evitó el problema de fricción que había obstaculizado a Papin en sus intentos de agrandar su diseño. El cilindro entero estaba encerrado en un recipiente de plomo. Después de pasar el vapor por tubos de la caldera al fondo del cilindro para impulsar el pistón hacia arriba, se introducía agua al recipiente de plomo para impulsar el pistón de nuevo hacia abajo. El diseño era lógico, pero el cilindro de latón se enfriaba tan paulatinamente que el pistón nunca desarrollaba el empuje hacia abajo. Sólo se hundía lentamente en el cilindro.

Después de innumerables intentos frustrantes para hacer funcionar el modelo, una gota de agua fría se fugó por casualidad por un imperfecto en la pared del cilindro. Cuando el agua entró al cilindro lleno de vapor, el vapor se condensó inmediatamente. Esto causó que el pistón bajara precipitadamente con una fuerza tremenda, rompiendo la cadena del pistón y destruyendo la base del cilindro y la caldera. Años más tarde uno de los amigos de Newcomen informó que la espuma de agua caliente y la maquinaria destruida convenció "a los presentes que habían descubierto una fuerza incomparablemente poderosa que había sido totalmente desconocida antes en la naturaleza".

El accidente del taller reveló la pieza faltante del rompecabezas, pero Newcomen se demoró cuatro años más en diligente experimentación antes de que pudiera instalar una bomba de tamaño completo que inyectara agua fría directamente al cilindro lleno de vapor. El primer motor de Newcomen fue construido en una mina de carbón cerca del Castillo Dudley en Staffordshire, Inglaterra en 1712. El motor tenía un cilindro de más o menos medio metro de ancho y dos y medio metros de altura. Capaz de generar aproximadamente cinco caballos, bombeaba alrededor de 450 litros de agua por minuto de un tiro de mina de 45 metros de profundidad. Y lo más ingenioso de todo fue que la máquina de Newcomen incluía un palo de control de madera que abría y cerraba las válvulas del motor en la secuencia correcta. Con tal de que la caldera se alimentara, el motor atmosférico seguiría trabajando. No solamente Newcomen había inventado el primer motor de energía de hidrocarburos en el mundo sino también había inventado uno que funcionaba en forma virtualmente automática.

Pasaron años antes de que los dueños escépticos de las minas se convencieran de que el novedoso aparato realmente podía ganarles a los equipos de caballos y hombres. Pero una vez que el motor se convalidó, los dueños de las minas inundadas de Durham y Newcastle empezaron a pedir sus propias Máquinas Newcomen. De acuerdo con los criterios de hoy el progreso del negocio de Newcomen fue tristemente lento. Se llevó unos diez años completos después de la instalación del primer motor, y en menos de 40 ya existían los monstruos que vomitaban humo. Se trataba de una época muy anterior a la de la producción masiva, cada motor era diseñado a la medida y modificado a mano para los requisitos particulares de bombeo del sitio al que estaba destinado. Levantado en su propia casa de ladrillo para bombeo, cada uno de estos aparatos de vanguardia requería una inversión enorme. Los datos disponibles muestran que un motor de 16 caballos construido en 1724 costó £1,200 (aproximadamente 100,000 dólares en 1987).

Con cada ciclo de cada Motor Newcomen las vastas riquezas energéticas encerradas en las reservas de carbón de la Gran Bretaña se hacían más accesibles para la sociedad. Aun donde las minas de carbón se habían clausurado por completo debido a las inundaciones, el motor de Newcomen empezaba a ganar terreno. El gancho era el mismo que se usa para vender activos fijos hoy en día: Al calcular todos los gastos, el motor le ahorraría dinero al dueño. En la década de los 1730 una mina de carbón francesa reportó que un motor de Newcomen con dos maquinistas trabajando 48 horas a la semana había reemplazado a 50 caballos y 20 hombres bombeando toda la semana en turnos continuos. Y según un estudio comparativo de costos para un posible cliente de una mina de carbón inglesa realizado en 1752, el motor de Newcomen podía drenar las minas por 30 a 40 por ciento menos dinero que el poder muscular.

Mientras las tecnologías de vanguardia de hoy frecuentemente se vuelven obsoletas en unos cuantos meses, el motor de Newcomen permaneció absolutamente sin rival por más de 60 años. Después de la muerte de Newcomen sus sucesores siguieron refinando el diseño, mejorando paulatinamente el rendimiento en términos de poder y eficiencia energética. Para 1775 casi 600 motores de Newcomen impulsaban bombas recíprocas por toda Europa.

Pero aun el motor Newcomen refinado tenía grandes limitaciones. A pesar de sus ventajas comparado con las alternativas del viento, agua y poder muscular, era extremadamente ineficiente en cuanto al gasto de energía. Bajo las mejores condiciones convertía menos del 1 por ciento de la energía del carbón que consumía en poder de bombeo útil. Esto no fue un gran problema para los dueños de las minas de carbón porque encendían sus calderas con pequeños y económicamente inútiles pedazos de carbón que de otra manera hubieran sido desperdiciados. Pero lejos de las minas de carbón, en el distrito de cobre y estaño de Cornwall y en el sistema público de agua de Londres, el apetito del motor por el carbón hacía que el bombeo por máquina no resultara económicamente viable.

Desafortunadamente, no se podía resolver el problema haciendo más refinamientos al diseño de Newcomen. El motor era inherentemente ineficiente porque el agua fría que condensaba el vapor del cilindro también enfriaba el mismo cilindro. En cada ciclo se desperdiciaba mucha energía al recalentar el cilindro de latón.

Aunque el motor atmosférico de Newcomen era suficientemente eficiente para drenar las minas de carbón inundadas de la Gran Bretaña y así bajar el costo del carbón, no era adecuado para echar a andar el proceso de industrialización. Thomas Newcomen había logrado la construcción del primer motor del mundo cuando otros habían fracasado, debido a que diseñó su máquina en función a las limitaciones impuestas por los materiales crudos disponibles a principios del siglo dieciocho. Pero para finales del siglo el progreso tecnológico acumulado de la embrionaria industria inglesa del hierro, que se hizo posible por el carbón barato, permitió que otro inventor diseñara un motor mucho más sofisticado. Es un patrón que se ha repetido a lo largo de la historia de la tecnología: el gran invento de un período anterior aporta la base de una innovación que tarde o temprano convierte en obsoleto el diseño original.

James Watt era un joven técnico en instrumentos científicos en la Universidad de Glasgow cuando un profesor le pidió que reparara un modelo a escala de un motor de Newcomen. Mientras jugaba con él Watt se dio cuenta que el enfriamiento y el recalentamiento del cilindro desperdiciaban una cantidad enorme de energía. Sin embargo después de varios meses de intentarlo no pudo concebir una solución mejor. Entonces, según Watt, mientras paseaba un domingo de mayo de 1765 en el centro de Glasgow, dio con la respuesta.

En los días siguientes Watt construyó un modelo de un motor con una cámara adicional, un condensador. Según este diseño después de que el vapor impulsara el pistón hacia arriba, sería extraído del cilindro al condensador donde se enfriaría. Después de varios años más de refinar el concepto, incorporando al modelo los adelantos más recientes de la metalurgia, Watt obtuvo una patente para su diseño y con su socio Matthew Boulton empezó a producir motores de bombeo en 1775.

Para obtener el mismo rendimiento, el motor de Boulton y Watt usaba un 75 por ciento menos de carbón. Con esta enorme ventaja en el costo, Boulton y Watt empezaron a vender sus motores a las minas de cobre y estaño de Cornwall, donde el costo del carbón había parado más de la mitad de los motores de Newcomen ya existentes. La mejor eficiencia energética del motor de Watt condenó al motor de Newcomen en Cornwall, y en un lapso de ocho años solamente uno de los viejos motores de esa región seguía funcionando.

En 1784 Watt desarrolló el motor rotativo, el segundo de sus grandes mejoramientos al diseño de Newcomen. Al alternar la presión del vapor sobre cualquier lado del pistón y al sustituir la cadena usada en todos los motores anteriores por una vara de pistón, Watt extendió radicalmente los usos potenciales del poder de máquina. Un movimiento sencillo de arriba hacia abajo bastaba para las bombas, pero para impulsar la maquinaria de fábrica el poder tenía que ser aplicado por un movimiento rotativo.

Con el invento de Watt del motor de vapor rotativo, la maquinaria de fábrica ya no dependía solamente del poder rotativo de la rueda hidráulica, y las fábricas ya no tenían que estar ubicadas junto a un arroyo de corriente rápida. No obstante, la fuerza del agua aún era más barata que el poder del vapor generado por los motores de Boulton y Watt. Pasarían varias décadas de refinamiento antes de que el poder de vapor alcanzara una ventaja de costo clara.

Entre 1790 y 1800 se construyeron más motores de vapor que en los 90 años anteriores. Para el año 1800, cuando se venció la patente de Boulton y Watt, el poder de máquina alcanzó su punto crítico y provocó la reacción en cadena de la Revolución Industrial. Sería la mayor transformación de la historia humana desde que los cazadores-recolectores se convirtieran en agricultores.

En poco más de un siglo un mundo eterno, absolutamente predecible y perfectamente estable se había zafado de su atracadero histórico.