FRIEDRICH WILHELM OSTWALD

Nobel Química-1909

         Ostwald nació y se educó en las provincias bálticas del Imperio Ruso, donde las clases predominantes eran descendientes de emigrantes alemanes que se habían trasladado allí en busca de nuevas oportunidades. Ostwald estudió en la Universidad de Dorpat, Estonia, donde se interesó en el trabajo de termodinámica de Thomsen.

         Al principio estudió otras propiedades químicas de las sustancias y obtuvo por ello su doctorado en 1878. Lo nombraron profesor de química en la Universidad de Riga, Letonia, en 1881, pero en 1887 aceptó una cátedra en Leipzig, en donde permaneció hasta el final de sus días.

         Se considera a Ostwald como uno de los fundadores principales de la física-química. Aumento su interés en este campo al leer la tesis de Arrhenius, cuyos puntos de vista compartían muy pocos, éste encontró en Ostwald un amigo y una ayuda. Reconoció la importancia del trabajo de Giggs y lo tradujo al alemán para que se pudiera apreciar y estudiar en la Europa continental. (La comprensión de Ostwald de la importancia que iba adquiriendo la investigación americana, le llevo a aceptar la invitación para conferenciar durante un año en Harvard, como parte de un programa, que empezaba a desarrollarse, de intercambio entre profesores americanos y alemanes, que era una clara señal de que los Estados Unidos empezaban a ocupar un lugar predominante en los ámbitos científicos, fundamentalmente de investigación y experimentación.)

         En 1887, Ostwald en colaboración con su amigo íntimo Van`t Hoff fundaron la primera revista científica dedicada exclusivamente a la física-química. El mismo realizó importantes trabajos en esta rama.

En 1894 preparando el resumen de un artículo de algún científico, sobre el calor de combustión de los alimentos, para que apareciese en su revista. No estando de acuerdo con los puntos de vista del autor, se permitió añadir sus propios comentarios al respecto. Señaló que por las teorías de Gibbs era necesario suponer que la catálisis aceleraba la reacción sin alterar la energía de las sustancias. La catálisis se efectuaba rebajando la energía de activación según el concepto de Arrhenius. Ostwald reconoció que los iones, que según el postulado de Arrhenius eran átomos cargados eléctricamente, podían servir como catalizadores. Esto se realizaba en  los iones de hidrógeno liberados en la solución de ácidos, que hacían de catalizadores como el almidón que se transformaba en glucosa.

Este concepto de catálisis se mantuvo en el tiempo y fue muy útil en la industria y en las aplicaciones que iban a hacerse muy pronto en los fenómenos químicos del tejido vivo. (Aun la bioquímica se inclinaba ante la nueva perspectiva de la química-física. Rubner, por ejemplo, pasó mucho tiempo midiendo la relación de energía implicada en la actividad química de los organismos vivos.)

Ostwald se mantuvo firme en su creencia de que la química debía reducir sus estudios a fenómenos susceptibles de medirse, como los cambios de energía, en este aspecto fue un admirador de Mach. Creía que la termodinámica era la faceta central de la química, en cambio se oponía a las teorías que implicaban asuntos que no se podían medir. Por esa razón se opuso durante mucho tiempo a admitir la teoría atómica como algo más que un ejercicio teórico, una ficción conveniente. El análisis de Perrin del fenómeno del movimiento browniano fue el que lo forzó por fin a admitir que los átomos eran responsables de un fenómeno claramente visible y que se podía medir.

Recompensaron a Ostwald en 1909 con el premio Nobel de química por su trabajo sobre la catálisis. Al recibirlo felicitó al comité que lo entregaba por haber escogido esa parte de su obra que también él creía que era la mejor.

En los últimos años de su vida escribió sobre ciencia filosófica, fundando una revista sobre este tema.

ARTHUR HOLLY COMPTON

Nobel Física-1927

        Compton, hijo de un pastor presbiteriano, se graduó en Wooster College (donde su padre era decano) en 1913 y obtuvo su doctorado en Princeton en 1916. Durante un año enseñó física en la Universidad de Minnesota; posteriormente trabajó durante dos años más como ingeniero para la Westinghouse Lamp Company en Pittsburg. En 1919 pasó un año en la Universidad de Cambridge, donde estudió bajo la supervisión de Rutherford. Cuando al año siguiente volvió a los Estados Unidos fue para convertirse en el jefe del departamento de física de la Universidad de Washington en St. Louis, Missouri. En 1923 se trasladó a la Universidad de Chicago.

         Compton llevó adelante las investigaciones de Barkla relacionadas con la dispersión de los rayos X por la materia. Barkla había sido capaz de indagar la naturaleza de la dispersión de los rayos X solo muy someramente gracias a la medida de su cantidad de absorción. Sin embargo, Compton tenía las técnicas de los Bragg a su disposición y, por tanto, estaba capacitado para medir con precisión las longitudes de onda de los rayos X que sufrían dispersión.

         Cuando llevo a cabo este trabajo, descubrió en 1923 que algunos de los rayos X habían aumentado su longitud de onda al sufrir la dispersión. (A este fenómeno se le dio el nombre de Efecto Compton en honor a su descubridor.) Algunos años más tarde Raman haría un descubrimiento similar en conexión con la luz visible.

         Compton fue capaz de explicar este último fenómeno estableciendo que un fotón chocaba con un electrón que a su vez tomaba parte de la energía del fotón, aumentando, en consecuencia, la longitud de onda del fotón. Esto hacia suponer que el fotón actuaba como una partícula y, por tanto, después de más de un siglo, la naturaleza corpuscular de la luz, como había postulado Newton, volvió a considerarse de nuevo. Sin embargo, la teoría corpuscular de la luz se hizo mucho más complicada, gracias a las teorías de Planck y Einstein y no destruía los fenómenos ondulatorios establecidos por los físicos del siglo diecinueve, tales como Young, Fresnel y Maxwell.

         El hecho verdaderamente importante era que Compton había puesto en evidencia la idea de que la radiación electromagnética tenía tanto naturaleza ondulatoria como corpuscular, de modo que el aspecto que se ponía de manifiesto en un momento dado dependía del examen al que se estuviera sometiendo a dicha radiación. Al mismo tiempo, De Broglie estaba demostrando que dicha teoría también era cierta al aplicarla a partículas corrientes tales como los electrones. Esta famosa dualidad impresionó a algunas personas, que la consideraron como una <paradoja> que implicaba que el Universo era demasiado misterioso para que la razón humana pudiera penetrar dentro de sus secretos. Para otras muchas, no veían paradoja y si cierto misterio por descubrir, la dualidad era un hecho, y aceptaron que tanto los fotones como los electrones tuvieran más de un aspecto.

         Por su descubrimiento del Efecto Compton , Compton recibió el premio Nobel de física en 1927, compartiéndolo con Wilson.

         Hacia el año 1930 Compton desvió su atención hacia los rayos cósmicos. Millikan, que era el hombre sobresaliente en aquel campo, creía que los rayos cósmicos tenían naturaleza electromagnética igual que los rayos gamma, pero que eran incluso más energéticos. Si esto era así, los rayos cósmicos no deberían sufrir el efecto del campo magnético terrestre y deberían incidir igualmente sobre todas las porciones de la superficie terrestre. Si, por otro lado, los rayos cósmicos eran partículas cargadas deberían sufrir la desviación producida por la acción del campo magnético terrestre y deberían detectarse en mayor cantidad en las regiones polares a medida que uno se acerca a los polos magnéticos, y en menor cantidad en las regiones tropicales.

         Compton se dedicó a viajar por el mundo para llevar a cabo su investigación realizando una serie de medidas exhaustivas que de mostraron que efectivamente existía un <efecto de latitud>. Por tanto, los rayos cósmicos eran afectados por el campo magnético y como consecuencia deberían consistir, por lo menos en parte, en partículas cargadas.

         A pesar de que Millikan permanecía adicto a la idea de que se trataba de una radiación electromagnética, las investigaciones que se llevaron a cabo posteriormente contribuyeron a reforzar de manera consistente la idea corpuscular hasta que llegó a no dudarse de ella.

         Compton esta relacionado a menudo con Millikan en cualquier tipo de discusión sobre la investigación de los rayos cósmicos, y lo mismo que este último, se le consideraba un científico con un fuerte fervor religioso.

         Durante la Segunda Guerra Mundial Compton fue uno de los científicos más sobresalientes del Proyecto Maniatan, que dio lugar al desarrollo de la bomba atómica y permaneció en muy buenas relaciones con los militares.

         Dirigió la investigación sobre los métodos de producción de plutonio y, en última instancia, aprobó el uso de la bomba atómica lanzada sobre el Japón. Después de la guerra volvió a la Universidad de Washington para ocupar el puesto de rector.

JAMES ALFRED VAN ALLEN

         Van Allen se graduó en la Universidad de Wesleyan, en Iowa (en su ciudad natal), en 1935. Durante el segundo curso de sus estudios allí, estaba ya realizando medidas sobre la intensidad de los rayos cósmicos. Después de su graduación estudió en la Universidad Estatal de Iowa, donde obtuvo su doctorado en 1939. Desde 1951 fue el jefe del departamento de física de dicha Universidad.

         Durante la Segunda Guerra Mundial, Van Allen desarrolló el dispositivo de proximidad. Esto era un invento que se podía aplicar a un arma explosiva, por ejemplo a la cubierta externa de un proyectil antiaéreo. Emite ondas que son reflejadas por el blanco. Cuando se acerca hacia el blanco, a una cierta distancia las ondas reflejadas son lo suficientemente intensas para iniciar la detonación del explosivo contenido en el proyectil. En efecto, esto significaba que los impactos directos no eran del todo necesarios y la eficacia de los fuegos antiaéreos se multiplicó. Incluso más importante que su utilidad en época de guerra, fue la práctica que adquirió Van Allen en reducir al mínimo tamaño los aparatos electrónicos, puesto que una de las grandes metas en estos equipos electrónicos era que debían incluirse en un espacio muy pequeño para que el dispositivo fuera eficiente.

         Las miniaturizaciones se necesitaron incluso más intensamente después de la guerra, puesto que en Alemania al principio de los años cuarenta se habían hecho avances cruciales en la industria del armamento. Los cohetes que habían fascinado a Goddard durante las décadas que precedieron a la Primera Guerra Mundial fascinaron también a otros muchos. Se desarrolló en Alemania el grupo de hombres expertos en cohetes que más éxito tuvo, y entre ellos un importante miembro era Wernher von Braun. Durante la guerra, la Segunda, este hombre desarrolló los cohetes V-2 para los ejércitos de Hitler.

         Después de la guerra, las reservas de V-2 que no se habían utilizado cayeron en manos de los americanos y bajo la dirección de Van Allen se usaron para la investigación. Sustituyeron su carga mortífera por instrumentos destinados a mediciones en la alta atmósfera entre ellos unos destinados a examinar la intensidad de los rayos cósmicos, y los resultados se teleenviaban (es decir, transformados en cambios apropiados y codificados de las señales de radio) a la Tierra desde cientos de kilómetros de distancia e incluso más, que era la altura que alcanzaban los V-2. Aquí la experiencia de miniaturización de Van Allen sirvió de mucho, puesto que era necesario incluir la mayor cantidad posible de aparatos de medida en un espacio tan limitado como la carga útil del cohete y que pudiera elevarse a las regiones más alejadas de la atmósfera.

         Los V-2 consiguieron unos resultados sorprendentemente buenos (no se era del todo consciente del nivel que habían alcanzado los alemanes), pero fueron solo los primeros misiles, que pronto se vieron sustituidos por el modelo T. Los Estados Unidos empezaron a diseñar y construir misiles mejores y más nuevos, que se incluyeron en los programas de investigación de los fenómenos de la alta atmósfera. Al principio de los años cincuenta Van Allen empezó a utilizar unos aparatos que eran combinaciones de globos y cohetes (rockoons). Se elevaba un cohete mediante un globo hasta la estratosfera y desde allí era disparado obedeciendo una señal enviada desde Tierra. Como la mayor parte de la atmósfera quedaba detrás de él, la resistencia del aire se eliminaba y por tanto un pequeño cohete podía alcanzar alturas que solo se podrían alcanzar, si se lanzara directamente desde Tierra, con cohetes muy grandes y pesados.

         Mientras tanto, Van Allen y sus amigos empezaron a hablar de algo nuevo. Una carga lanzada al espacio por medio de un cohete podría llegar a adquirir la velocidad suficiente y la dirección adecuada de vuelo para que pudiera situarse en una órbita alrededor de la Tierra, donde pudiera permanecer durante periodos extensos de tiempo. Sería, en efecto, un satélite artificial, construido y puesto en órbita por el hombre. Lentamente, los oficiales del gobierno, empezaron a estar de acuerdo en la importancia científica, (estratégica y política), de una empresa de este tipo. En 1955 el Presidente Dwight D. Eisenhower anunció oficialmente que en el espacio de dos años se lanzaría un satélite artificial de aquel tipo.

         Este proyecto estaría en conjunción con el Año Geofísico Internacional, AGI, que duraría desde el 1 de julio de 1957 al 31 de diciembre de 1958, durante uno de los periodos de alta actividad de las manchas solares, que gracias a Schwabe empezó a ocupar el interés y preocupación de los científicos desde un siglo antes. Esto sería un programa de investigación concebido a escala internacional, un verdadero esfuerzo global en el cual iban a explorarse no solo el propio globo terrestre (incluyendo sus glaciares, sus regiones polares y su atmósfera), sino también el espacio exterior vecino.

         Todo ello resultó ser un asunto con enorme éxito, en cierto aspecto incluso demasiado, teniendo en cuenta la tranquilidad de la mente de los americanos. La Unión Soviética tomó parte de manera importante en el AGI y anunció que también pondría satélites en órbita. El gobierno americano, el público e incluso los científicos prestaron, sin embargo, poca atención a esto. Poco se sabía de los esfuerzos científicos de los soviéticos y específicamente sobre la investigación relacionada con los cohetes, creyéndose en una especie de subdesarrollo científico soviético en muchas áreas. Por lo tanto, el anuncio supuso un choque dentro de todos los estratos de la sociedad americana, acrecentado y desbordado cuando los soviéticos cumplieron su palabra y se envió el primer satélite artificial, Sputnik I (Sputnik es la palabra rusa para decir satélite), el 4 de octubre de 1957. Los soviéticos lo habían programado para la fecha del centenario del nacimiento de Tsiolkovsky y solo se retrasaron en un mes. Lanzaron el Sputnik II, el segundo satélite artificial que llevaba un perro, un mes después.

         A pesar de que los Estados Unidos vivieron un periodo poco edificante de pánico, el hecho resultó ser beneficioso. Es dudoso, que sin este espoleo por parte de los soviéticos, que el público o el Congreso hubieran querido apoyar los gastos relacionados con la exploración del espacio, ante este adelanto se incluyo la exploración espacial como una parte más de la innoble “Guerra Fría” con la Unión Soviética.

         Cuando llegaron las noticias del satélite soviético, Van Allen estaba en un barco en el sur del Pacífico camino de la Antártida. Se volvió inmediatamente a los Estados Unidos para participar en los esfuerzos americanos de activar la producción de sus propios satélites. El programa Vanguard americano, destinado a enviar satélites, anunciado por Eisenhower, resultó ser un fracaso muy caro en su mayor parte (aunque con ciertos éxitos). Sin embargo, el ejercito, utilizando a Von Braun (que acabó en los Estados Unidos tras la finalización de la Guerra), envió finalmente el Explorer I, primer satélite americano, el 31 de enero de 1958. Su carga era mucho menor que la de los Sputniks, pero estaba construido según la técnica de miniaturización de Van Allen, que consiguió llenarlo con una cantidad sorprendente de complicadísima instrumentación.

         La Era del Espacio, abierta con el Sputnik I, traería la promesa de avances tecnológicos de magnitudes sorprendentes como en los satélites destinados a las comunicaciones de Pierce. También traerían nuevas informaciones sobre la propia Tierra, como demostraría O`Keefe. También parecía existir la promesa de que se perfeccionarían los métodos de predicción del tiempo mediante las observaciones y posterior análisis de la capa nubosa y de los movimientos atmosféricos totales en todo el planeta, vistos desde el espacio. Incluso se empezó a conseguir información de otros mundos, como el mapa de la otra cara de la Luna obtenido en octubre de 1959 por los soviéticos y en diciembre de 1962 los americanos consiguieron algo similar con Venus.

         Sin embargo, la pieza de información más sorprendente obtenida por medio de los satélites llegó gracias a aquellos primeros Explorer de 1958 y al trabajo de Van Allen.

         Del interés de Van Allen por los rayos cósmicos dio certeza el hecho de que el Explorer I llevara instrumentos destinados a comprobar la cuantía  de la radiación cósmica (y de otras partículas muy energéticas) del espacio vecino. Los contadores detectaron un nivel sorprendentemente alto y después dejaron de funcionar. Lo mismo ocurrió con un contador más capaz enviado en el Explorer III, que se lanzó en marzo de 1958.

         Los trabajos previos de Van Allen le llevaron a sospechar que los contadores habían dejado de funcionar no porque la cantidad de partículas hubiera llegado a cero, sino todo lo contrario, porque hubiera llegado a un valor demasiado alto para que el contador pudiera soportarlo. Diseñó un contador con una capa de plomo que aceptaría únicamente una pequeña cantidad fracción de las partículas que en él incidieran. Un contador de este tipo se incluyo en el Explorer IV, el 26 de julio de 1958, y los resultados fueron concluyentes. En el espacio vecino existía una cantidad de radiación de alta energía mucho mayor de lo que se creía y se esperaba incluso para los más soñadores.

         Las regiones de radiación de alta energía circundan la Tierra en las proximidades del Ecuador, curvándose en las regiones polares, que a su vez no poseen gran cantidad de dichas radiaciones. Estos cinturones de radiación reciben popularmente el nombre de Cinturones de Radiación de Van Allen, aunque al principio de los años sesenta se aceptó el término de magnetosfera como nombre formal.

         A partir de la forma de la magnetosfera parecía probable que las partículas que la integraban fueran atrapadas por el campo magnético terrestre, girando en espiral alrededor de las líneas de fuerza magnéticas de polo a polo (líneas magnéticas que Elsasser atribuía a fenómenos del interior de la Tierra). Este fenómeno se comprobó en agosto de 1958 haciendo explotar una bomba atómica a varios cientos de kilómetros por encima de la superficie terrestre en un experimento llamado Proyecto Aarhus. La distribución de las partículas cargadas producidas por la bomba demostró concluyentemente que el campo magnético era un factor determinante en la formación de la magnetosfera, lo que evidentemente dio este nombre a los cinturones de radiación. También tuvieron éxito otras pruebas de gran altitud llevadas a cabo primeramente por Van Allen para observar los cambios en la magnetosfera, dichas pruebas, así como lo que se pretendía con ellas fue notablemente deplorado por la comunidad científica.

         La magnetosfera e incluso más el aumento repentino de la intensidad de la radiación de manera impredecible producido por los fenómenos solares, planteaban un serio problema en relación a la exploración humana del espacio. El vuelo de Yuri Gagarin y los que le siguieron demostró una seguridad razonable en las proximidades de la Tierra. Todos estos estudios ayudaron a una mayor seguridad con relación a las radiaciones en los posteriores programas de estudio y exploración del espacio más alejado de la tierra.

         Conseguir llevar al hombre a la Luna y volver a traerlo fue uno de los mayores hitos de la historia de la humanidad, aunque visto con los niveles de seguridad que se consideran hoy en día como normales, dicha exploración no hubiera podido llevarse a cabo.

JEAN BAPTISTE PERRIN

Nobel Física-1926

         Perrin obtuvo su doctorado en 1897 en la Ècole Normale Supérieure de París. Fue nombrado profesor de fisicoquímica en la Universidad de París en 1910, donde se quedó durante treinta años.

         Durante la década de 1890 a 1900 se sintió atraído por el estudio de los rayos catódicos, que Crookes había demostrado que tenían carga eléctrica. A pesar de todo, siguieron siendo motivo de controversia a causa del problema de si eran partículas (como parecía que tenían que ser si estaban cargados) o si las observaciones de Crookes eran erróneas y dichos rayos eran realmente una forma de ondas de radiación. Perrin fijó la cuestión de una vez para siempre en 1895, demostró que la radiación puede comunicar y producir una gran carga negativa en un cilindro sobre el que están incidiendo. Los rayos catódicos tenían, por tanto, que consistir en material cargado negativamente y, de este modo, ser partículas en lugar de ondas. Casi inmediatamente después, J. J. Thomson fue capaz de determinar la masa de dichas partículas y de demostrar que eran mucho más pequeñas que los átomos.

         La otra obra maestra de Perrin estaba también relacionada con las partículas, pero menos directamente. En 1905 Einstein había desarrollado las ecuaciones que gobernaban los movimientos brownianos para llegar a la conclusión de que era el resultado del bombardeo contra pequeñas partículas en suspensión llevado a cabo por las moléculas del agua que las rodeaban. La manera por la cual la partícula se mantenía en suspensión en contra de la fuerza de la gravedad era, teniendo en cuenta la ecuaciones, dependiente, en parte, del tamaño de la moléculas de agua. En 1908 Perrin comenzó la tarea de determinar el tamaño mediante la observación.

         Con el microscopio, contó el número de pequeñas partículas de resina suspendidas a diferentes alturas en una gota de agua. Encontró la manera por la cual se ajustaban perfectamente a las ecuaciones de Einstein y, por primera vez, el tamaño aproximado de átomos y moléculas pudo ser calculado por medio de la observación real. Por fin, las diminutas entidades, cuya existencia había sido aceptada casi por fe durante un siglo después de que Dalton promulgara la teoría atómica, alcanzaron una existencia real y patente. Incluso un oponente acérrimo de la teoría atómica como Ostwald tuvo que admitir que los átomos eran objetos reales y no solamente elementos de ficción convenientes para ciertas explicaciones.

         Perrin obtuvo el premio Nobel de física en el año 1926.

         En 1941, después de la desastrosa derrota de Francia por la Alemania nazi, Perrin (que había sido un activo antifascista) se marchó a Estados Unidos. Allí usó de su influencia para apoyar el movimiento gaullista, que mantuvo una resistencia francesa continuada fuera del país. Perrin, que tenía más de setenta años de edad por aquel entonces, no vivió lo suficiente para ver liberado su país.

CHARLES AUGUSTIN COULOMB

         Coulomb fue ingeniero militar en su juventud, sirviendo como tal en las Indias Occidentales durante una temporada, pero progresivamente su interés por la experimentación habría de ir creciendo. Cuando empezó la Revolución Francesa supo combinar la discreción con su partidismo y se retiró al pueblo de Blois para trabajar en paz, pasando así por el terror con habilidad.

         Por aquellos tiempos ya había alcanzado renombre pues en 1777 inventó una balanza de torsión que medía la fuerza que se ejercía por el retorcimiento que se producía sobre una fibra fina y rígida a la vez. El peso es una medida de la fuerza de la gravedad sobre un cuerpo, por lo que la balanza de torsión se podía utilizar para pesar. Michell había inventado un instrumento similar con anterioridad, pero el descubrimiento de Coulomb fue de manera completamente independiente.

         Coulomb puso la precisión de su instrumento al servicio de experimentos con electricidad. Colocó una pequeña esfera cargada eléctricamente a diferentes distancias de otra esfera también cargada y midió la fuerza de atracción o repulsión (dependiendo del signo de la carga de las esferas utilizadas) por la torsión que se observaba en la balanza. De este modo, pudo demostrar en 1785 que la fuerza de atracción o repulsión eléctrica era directamente proporcional al producto de las cargas de cada esfera e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separaba sus centros. (Priestley llegó a esta misma conclusión algunos años antes pero de manera indirecta). Esto significaba que las fuerzas de atracción eléctrica respondían a leyes similares a las de la atracción gravitatoria que descubriera Newton. Esto se llamó Ley de Coulomb y también en su honor se llama culombio a una unidad de carga eléctrica determinada y aceptada.

         Cavendish descubrió la Ley de Coulomb antes que él pero nunca publicó sus resultados, estos se descubrieron medio siglo después de su muerte.