lunes, 21 de abril de 2014

PHILIPP EDUARD ANTON VON LENARD

Nobel Física-1905

Von Lenard hacia 1900
Lenard fue discípulo de Bunsen y Helmholtz, obtuvo su doctorado en la Universidad de Heidelberg en 1886. Después de ocupar varios puestos académicos volvió a Heidelberg como profesor de física teórica, cátedra que ocupó hasta su retiro en 1931.

Cuando era muy joven, Lenard leyó un artículo de Crookes y se interesó en los rayos catódicos, radiación emitida por el electrodo negativo en el vacío bajo la influencia de un alto potencial eléctrico. Hertz había descubierto que los rayos catódicos podían atravesar chapas delgadas de metal, y Lenard, que era entonces su ayudante, inventó en 1892 un tubo de rayos catódicos por el cual podían salir los rayos al exterior (que se llamaron por algún tiempo rayos Lenard). Estudió con todo cuidado las propiedades de estos rayos, midió como los absorbían ciertas sustancias y como ionizaban el aire, haciéndolo conductor de la electricidad. Por esta investigación recibió el premio Nobel de física en 1905.

Tubo de rayos catódicos diseñado por Lenard

En 1902 empezó a estudiar el efecto fotoeléctrico, que databa de Hertz, que fue el primero que lo observó. Lenard señaló que los efectos eléctricos producidos por la luz al caer sobre ciertos metales eran debidos a que éstos emitían electrones. Esta emisión producida por el efecto fotoeléctrico es lo que persuadió a los científicos, más que ninguna otra razón, de que la estructura atómica contenía electrones y, puesto que todas las sustancias que señalaban el efecto desprendían electrones idénticos, parecía que los átomos diferentes debían de tener estructuras internas muy similares.

También señaló que solo ciertas longitudes de onda podían producir esta emisión. Para una longitud de onda particular se emitían los electrones con energías fijas. Al aumentar la intensidad de la luz, aumentaría el número de electrones emitidos, pero no su energía individual.

Réplica de un Tubo de Lenard

Fue el primero en suponer que el átomo estaba vacío en su mayor parte, suposición que iba a consolidar definitivamente unos años más tarde Rutherford. Lenard creía que los electrones y las partículas análogas con carga positiva estaban distribuidas igualmente en el átomo, no previó el átomo nuclear que Rutherford haría famoso.

Einstein explicaría en 1905 el efecto fotoeléctrico de un modo magistral y concluyente por la aplicación de la teoría cuántica de Planck.

Ya retirado y viejo, Lenard apoyó sinceramente a la filosofía nazi, uno de los pocos científicos importantes que lo hizo. Denunció, en términos hitlerianos, a la <ciencia judía>, olvidando su deuda con Heinrich Hertz, por ejemplo, que era judío. También denunció a Einstein y la teoría de la relatividad, cosa que solo pudo tener su origen en sentimientos raciales.

En esto presentó un gran contraste con Planck, que era todavía mayor que él y un antinazi firme. Los dos vivieron para ver la derrota de Hitler y del nazismo.


domingo, 13 de abril de 2014

PIERRE SIMON LAPLACE

Pierre Simon Laplace

Laplace descendía de una familia pobre, pero unos vecinos acomodados ayudaron a este joven prometedor a que recibiera una educación apropiada.

Con 18 años  le enviaron a París con una carta para D`Alembert, quien se negó a recibirlo. Laplace le envió un ensayo de mecánica tan bueno que D`Alembert se ofreció en seguida a protegerle proporcionándole una cátedra de matemáticas.

Al principio de su carrera, Laplace colaboró con Lavoisier en la determinación de calores específicos de numerosas sustancias. Entre los dos demostraron en 1780 que la cantidad de calor que se requería para descomponer una sustancia es igual a la que se desprende al formar dicha sustancia a partir de sus elementos. Esto puede considerarse como el comienzo de la termodinámica como un exponente (que continúa el trabajo de Black sobre el calor latente) hacia la doctrina de la conservación de la energía, que tendría que madurar 60 años más tarde. Sin embargo, Laplace inclinó sus esfuerzos hacia el estudio de las perturbaciones de los cuerpos del sistema solar y a la cuestión de la estabilidad general de dicho sistema, problema que ya había atacado Lagrange.

En 1787 Laplace pudo demostrar que la Luna se estaba acelerando más de que antes pudo observar. Atribuyó esta aceleración a que la excentricidad de la órbita terrestre iba cada vez a menos a causa de la influencia gravitatoria de otros planetas. Esto daba como resultado el que la atracción gravitatoria de la Tierra sobre la Luna variara ligeramente, cosa que no admitía antes y que además causaba el ligerísimo aumento en la aceleración de la Luna. También estudió ciertas anomalías del movimiento de Júpiter y Saturno y apoyándose en algún trabajo de Lagrange dedujo que podían ser causadas por la atracción gravitatoria mutua de ambos planetas.

Lagrange y Laplace, trabajando por separado, aunque en cooperación, llegaron a generalizar algunos hechos y demostrar, por ejemplo, que la excentricidad total de la órbitas de los planetas del sistema solar permanecía constante, suponiendo que giraran alrededor del Sol en el mismo sentido (que es en realidad como giran). Es decir, si la órbita de un planeta aumenta en excentricidad, la de los demás la tenderían a disminuir para mantener el equilibrio. La misma relación de constancia se mantiene para la inclinación de la órbita de cualquier planeta respecto al plano de la eclíptica. La suma total de todas las inclinaciones o de todas las excentricidades de los planetas del sistema solar es tan pequeña que ningún planeta cambiaría mucho sus características orbitales aun si tal suma se acumulara en solo dicho planeta.

Esto demostró que mientras que el sistema solar permaneciera aislado, mientras el Sol no cambiara drásticamente su naturaleza, dicho sistema permanecería tal como está ahora por un periodo indefinido en el futuro.

De este modo Laplace redondeó la labor astronómica de Newton concerniente a los planetas y ello ha originado el que a veces se le llame el Newton francés.

Tratado de la Mecánica Celeste

Laplace recopiló la teoría gravitatoria en su monumental obra de cinco volúmenes llamada Mecánica Celeste que apareció en el intervalo entre 1799 y 1825. Su trabajo no se interrumpió apenas por los cambios políticos que perturbaron al país, incluidos el ascenso y caída de Napoleón, a pesar de que a veces intervino en política. Le protegió su prestigio personal, ayudado por su (no demasiado respetable) habilidad para cambiar de actitud política según las circunstancias.

De este modo, Napoleón le hizo ministro de gobernación y más tarde senador. Además, cuando Luis XVIII subió al trono después de la caída de Napoleón, Laplace no sufrió las consecuencias lógicas por haber sido ayudante de Napoleón, como las sufrieron Haüy y Chaptal y en cambio se le dio el título de marqués. Tuvo otros honores propios como el de ser elegido miembro de la Academia de Ciencias en 1785, aunque esto fuera más propio, lógico y natural. En 1816 fue elegido por una sociedad literaria mucho más exclusiva y de altura, como era la Academia Francesa, y en 1817 le hicieron director de la misma.

Su obra Mecánica Celeste es famosa por la costumbre generalizada a lo largo de ella de decir que de la ecuación A “se pasa fácilmente” a la ecuación B, y a veces los estudiantes se pasan horas e incluso días en aclarar y comprender los pasos intermedios que se omiten y se dan como triviales.

Se dice que Napoleón, hojeando su libro, le dijo a Laplace que no hacía alusión alguna a Dios a lo largo de él, a lo que Laplace respondió: <No tuve necesidad de tal hipótesis>.

De matemáticas puras, Laplace escribió un tratado sobre la teoría de probabilidades entre los años 1812-1820 que dio a esta rama de las matemáticas su forma moderna.
Teoría Analítica de Las Probabilidades

Aunque sea raro, Laplace es más conocido por las divagaciones que publicó como notas en las últimas ediciones de un libro divulgativo que escribió sobre astronomía sin intervención de matemáticas, notas a las que él mismo no dio excesiva importancia. Como todos los planetas giran alrededor del Sol en el mismo sentido y prácticamente sus órbitas están contenidas en el mismo plano, Laplace sugirió que el Sol se originó como una gigantesca nebulosa o nube de gas en rotación. A medida que el gas se fue contrayendo, el movimiento de rotación se aceleró y un anillo exterior de gas quedó fuera del núcleo central (por la fuerza centrífuga). Este anillo de gas se condensaría más tarde para formar los planetas exteriores y con posteriores contracciones se formaron el resto de planetas de la misma forma, y se mantuvieron girando en el mismo sentido que la nebulosa original. El núcleo de la nube se condensaría finalmente dando lugar al Sol.
Exposición del Sistema del Mundo, donde Laplace planteó su hipótesis del origen nebular del sistema solar

Esta hipótesis nebular captó la imaginación de los astrónomos de la época y se mantuvo como la más aceptada del origen del sistema solar a lo largo de todo el siglo XIX. Después de estar eclipsada durante las primeras décadas del siglo XX, volvió a la popularidad con más fuerza desde mediados de siglo con la modificada versión de Weiszäcker.

Interpretación artística del origen nebular del sistema solar


Aunque posiblemente ignorado por Laplace, Kant hizo una hipótesis parecida a la suya, aunque menos elaborada, unos cuarenta años antes.

miércoles, 9 de abril de 2014

LORD RAYLEIGH

Nobel Física-1904


Lord Rayleigh
A la edad de treinta y un años heredó el título de su padre, casi siempre se hace referencia a John William Strutt como Lord Rayleigh.

Ya en el colegio, su talento matemático era notable y en 1865 terminó en Cambridge a la cabeza de su clase en esta asignatura.

En 1873, el mismo año que heredó el título, le eligieron para la Royal Society y en 1879 sucedió a Maxwell como director del laboratorio Cavendish de Cambridge.

Durante la mayor parte de su vida profesional se interesó por el movimiento ondulatorio en todas sus variedades. En lo concerniente a ondas electromagnéticas realizó una ecuación que respondía a la variación de la luz dispersa respecto a la longitud de onda y confirmó la idea de Tyndall de que la luz dispersa por el polvo atmosférico era responsable del azul del cielo. (Dewar que descubrió que el oxígeno líquido era azul, sospechó erróneamente que el cielo tenía ese color por el oxígeno de la atmósfera.)

Esquema explicativo de la dispersión de Rayleigh

También realizó una ecuación sobre la distribución de longitudes de onda en la radiación del cuerpo negro, tema que había planteado Kirchhoff. Esta ecuación, de finales de siglo, se cumplía solamente para radiaciones de onda larga, como otra ecuación de la misma época de Wien se cumplía solo para radiaciones de onda corta. Estas ecuaciones iban a pasar al olvido con la teoría cuántica de Planck.

Estudió ondas sonoras de agua y de temblores de tierra. Sus esmerados trabajos ayudaron a la determinación precisa de unidades absolutas  eléctricas y magnéticas, contribuyó a esto el trabajo de Rowland en América.

Pero el descubrimiento más importante de Rayleigh fue en química y no en física. Empezó de una manera teórica, al interesarse en la hipótesis de Prout, según la cual los átomos de los diversos elementos estaban formados de hidrógeno, de modo que todos los pesos atómicos tenían que ser múltiplos de él, cosa que fue inmutable por más de medio siglo, gracias a Stas y otros se comprobó que los pesos atómicos no eran exactamente múltiplos de hidrógeno.

A Rayleigh le apeteció probar otra vez. Lo intentó por medio de medidas muy precisas de las densidades de los gases, de esta manera pudo enunciar en 1882 que la razón de los atómicos de oxígeno e hidrógeno no era de 16:1, como requería la hipótesis, sino 15,882:1. Otra vez se descartó la hipótesis de Prout, quizá por centésima vez. Por ironías de la historia científica, esta hipótesis iba a experimentar una sorprendente resurrección, un poco cambiada, una generación más tarde.

Al hacer esto se encontró con un dilema. Con el oxígeno siempre obtenía la misma densidad, sin tener en cuenta su procedencia, ya fuera obtenido de un compuesto, de otro secundario o del aire. Con el nitrógeno las cosas sucedían de otra manera, el que procedía del aire tenía una densidad ligeramente mayor que el que procedía de alguno de sus compuestos.

Rayleigh pensó, por muchas razones, que el aire podría estar contaminado, pero ninguna de las posibilidades se confrontó experimentalmente. Se defraudó tanto que llego a escribir en la revista Natura pidiendo ideas. Ramsay, brillante químico escocés, pidió permiso para encargarse del asunto y lo obtuvo. El resultado final fue descubrir un nuevo gas en la atmósfera, más denso que el nitrógeno. Se le dio el nombre de argón, fue el primero de una serie de gases raros, de propiedades excepcionales, cuya existencia nunca se había sospechado.

Lámpara de Argon

El año 1904 presentó un espectáculo curioso al mundo científico. Rayleigh recibió el premio Nobel de física y Ramsay el de química.

En 1905 eligieron a Rayleigh presidente de la Royal Society y en 1908 canciller de la Universidad de Cambridge. Con otros científicos de su época, como William James y Oliver Lodge se interesó en la investigación física al empezar el siglo. La segunda revolución científica se llevaba a cabo echando a bajo ideas muy estimadas y establecidas hasta entonces. ¿Hasta donde iba a llegar este derribo? ¿Qué quedaba de los sueños de la filosofía de Newton?