PIETER ZEEMAN

Nobel Física-1902

En la universidad de Leiden, Zeeman tuvo de profesores a Kamerlingh y Lorentz. Bajo la dirección de este último realizó experimentos que mostraban que un foco de luz situado en un campo magnético intenso, poseía líneas espectrales que se dividían en tres componentes. Este efecto, Zeeman, confirmaba la sugerencia de Lorentz de que los átomos consisten de partículas oscilantes que un campo magnético puede afectar.

La naturaleza de ese efecto podía utilizarse para deducir detalles concernientes a la finísima estructura del átomo, y también para saber otros detalles en relación con el campo magnético de las estrellas. Una cosa tan pequeña como una raya del espectro que se convierte en tres, podía de un golpe aclarar el micro y el macrocosmos.

En 1902 Zeeman compartió el premio Nobel de física con su profesor Lorentz.

HENDRIK ANTOON LORENTZ

Nobel Física-1902

Lorentz asistió a la Universidad de Leiden, donde obtuvo su doctorado con honores, en 1875 volvió a la misma universidad como profesor de física teórica, puesto que conservó hasta su muerte.

Su tesis doctoral versó sobre las radiaciones electromagnéticas que Maxwell había dado a conocer diez años antes. Lorentz mejoró la teoría al tener en cuenta la reflexión y refracción de la luz, cosa que en el trabajo de Maxwell estaba algo imprecisa. Sobrepasó en sus investigaciones las deducciones del trabajo de Maxwell.

Según éste, la radiación electromagnética se producía por la oscilación de cargas eléctricas. Hertz demostró que esto era cierto para las ondas de radio que había conseguido formar en 1887 al hacer oscilar cargas eléctricas. Pero si la luz era una radiación electromagnética como las ondas de radio, ¿Dónde estaban las cargas eléctricas oscilantes?

En 1890 parecía probable que la corriente eléctrica estaba formada por partículas cargadas y Lorentz creyó que posiblemente los átomos materiales pudiesen consistir también de esta clase de partículas. (Las teorías de Arrhenius sobre la ionización, que había formulado, señalaban en esa dirección). Lorentz indicó que eran partículas cargadas en el interior del átomo las que oscilaban y producían la luz visible (esta visión de las partículas oscilantes la realizaron hombres como Bohr y Schrödinger de un modo más sutil y difícil de describir).

Si fuera así, al colocar una luz en un fuerte campo magnético, éste debería afectar la naturaleza de las oscilaciones y por tanto la longitud de onda de la luz emitida. Cosa que demostró experimentalmente en 1896 Zeeman, discípulo de Lorentz. Por esa época el descubrimiento del electrón por J. J. Thomson y de la radioactividad por Becquerel hizo más probable que nunca que la estructura del átomo estuviese formada por partículas cargadas. En 1902, cuando ya no hubo duda sobre esto, Lorentz y Zeeman compartieron el premio Nobel de física.

También se ocupó Lorentz de los resultados negativos de los experimentos de Michelson y Morley y llegó a la misma conclusión de FitzGerald. También él afirmó que había contracción de longitud con el movimiento. Le parecía, además, que la masa de la partícula cargada, como la del electrón, depende de su volumen, cuanto más pequeño su volumen más grande la masa. Puesto que la contracción de Lorentz-FitzGerald reducía el volumen del electrón cuando se movía rápidamente, debía por lo tanto, aumentar su masa con la velocidad. A 260.000 Km. por segundo la masa del electrón era el doble de su masa en reposo, según la fórmula de Lorentz, y a 300.000 Km. por segundo, velocidad de la luz, la masa debía de ser infinita, puesto que el volumen se reducía a cero. Esta fue otra indicación de que la velocidad de la luz en el vacío es la mayor que puede alcanzar cualquier objeto material.

En 1900 las medidas de masa de partículas subatómicas mostraron que la ecuación de Lorentz, en donde describía la variación de la masa con la velocidad, se realizaba exactamente. En 1905 Einstein enunció la teoría especial de la relatividad, de donde se podía deducir la contracción de Lorentz-FitzGerald, y por la que se demostraba que el aumento de la masa por la velocidad no solo se llevaba a cabo en las partículas cargadas, sino para todos los objetos con carga o sin ella.

En los últimos años de su vida Lorentz supervisó los trabajos de desecación del Zuider Zee, un proyecto muy ambicioso holandés que quería convertir en tierra laborable un terreno cenagoso de poca profundidad.

En 1953, Albert Einstein dijo sobre él: "Para mí, personalmente, significó más que cualquier otra persona que conociese a lo largo de mi vida"

ISAAC ASIMOV

Los padres de Asimov le llevaron a los Estados Unidos en 1923, a los tres años, y desde 1928 fue ciudadano americano. Estudió en la Universidad de Columbia, graduándose en 1939 y permaneciendo en ella para realizar trabajos posteriores de química. La Segunda Guerra Mundial interrumpió sus estudios y durante su transcurso trabajo como químico en Filadelfia en el Astillero Naval de los Estados Unidos. Posteriormente sirvió como miembro de las fuerzas armadas. En 1946 volvió a Columbia y en 1948 obtuvo su doctorado.

En 1949 aceptó un puesto de profesor en la Boston University School of Medicine, donde permaneció, siendo profesor agregado de bioquímica.

En 1929 Asimov entabló su primer conocimiento con la ciencia-ficción en Amazing Stories, revista editada en aquella época por T. O`Conor Sloane, cuyo nieto y homónimo pidió a Asimov, años más tarde evidentemente, la preparación de su Enciclopedia Biográfica.


Su encuentro con la ciencia-ficción fue decisivo bajo tres aspectos distintos, le hizo interesarse permanentemente no solo por la propia ciencia-ficción, sino también por la ciencia y por la escritura. A la edad de doce años Asimov  se dedicaba a la elaboración de historias interminables que escribía en cuadernos baratos. Fue progresando haciendo uso de la máquina de escribir y del papel calco, hasta que en 1938 decidió intentar publicarlas.

Después de su primer ofrecimiento, y negativa inmediata, a John W. Campbell, Jr. –a cuyo estímulo debe Asimov tantísimo- tardó cuatro meses y siete negativas más hasta poder realizar su primera venta. Esta primera venta consistió en una historia corta, Marooned off Vesta, que apareció en el número del mes de marzo de 1939 de la revista Amazing Stories. Desde entonces Asimov vendió  más de doscientos artículos e historias a revistas de ciencia-ficción.

Hasta 1950 no se publicó ningún libro de Asimov, cuando Doubleday and Company lanzó su primera novela de ciencia-ficción, Pebble in the Sky. Doubleday ha publicado cerca de veinte libros de ciencia-ficción de Asimov.

El primer esfuerzo  del Dr. Asimov  en el campo de la ciencia fue Biochemistry and Human Metaolim, libro de texto de bioquímica para estudiantes de medicina, escrito en colaboración con otros dos miembros del departamento de la Universidad de Boston. Fue publicado en 1952 por Williams and Wilkins.

Asimov  decidió posteriormente escribir sobre temas científicos para el gran público y en este propósito recibió la colaboración de diversas editoriales. Sus libros tratan de matemáticas, astronomía, física, química y biología.

Asimov ganó el premio James T. Grady de la American Chemical Society en 1965 por su especial contribución a la divulgación del progreso de la ciencia.

Este blog pretende ser un pequeño homenaje a Asimov y su ingente labor divulgativa, gran parte de lo recogido aquí se corresponde con su Momentos Estelares de la Ciencia y su inmenso Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología.

ALFRED BERNHARD NOBEL

Alfred tenía el don de inventar adquirido “genéticamente”, su padre ya era un inventor notable. De este último fue el invento de una mina submarina, que llevó a la familia a san Petersburgo en 1842, ya que el gobierno ruso compró la patente del invento y le contrató para supervisar su producción. Nobel (que por el lado de su madre era descendiente de Rudbeck) creció por eso en Rusia, educándole tutores privados. En 1850 enviaron a los Estados Unidos, donde pasó cuatro años, siendo profesor suyo Ericsson.

Cuando el joven Nobel regresó a Rusia, encontró a su padre ocupado en un nuevo proyecto, la fabricación de explosivos. Había un interés particular en la nitroglicerina, descubierta diez años antes por Sobrero. La estancia en los Estados Unidos le había dado una visión de un continente a punto de ser domado y observó cómo las carreteras surgían al volar las montañas, se hacían los canales, se ponían cimientos y todo con la ayuda directa de un violento explosivo, tal como la nitroglicerina, en vez de los fatigados músculos de incontables trabajadores. (La visión de los usos pacíficos de los explosivos no es un idealismo vano en manos de Chardonnet y Hyatt, a quienes una forma modificada del mortal algodón-pólvora de Schönbein les sirvió para iniciar la fabricación de fibras artificiales y plásticos.)

Nobel regresó a Suecia en 1859 y empezó a fabricar nitroglicerina, que resultó ser tan útil como esperaba, pero no había modo de hacer que la gente la tratase con el debido cuidado y ocurrieron muchos accidentes. Su propia fábrica voló en 1864 y mató a su propio hermano. El gobierno sueco negó el permiso para que la fábrica se reconstruyese y se consideró a Nobel como un científico loco que fabricaba destrucción.

Nobel se puso a trabajar para descubrir un método que domase la nitroglicerina y reducir el peligro a mínimo aceptable, trabajaba en un barco en el centro de un lago. En 1866 encontró que un barril de nitroglicerina rezumaba y el líquido lo había absorbido el embalaje. Este estaba hecho de lo que se llamaba <barro de diatomeas o Kieselgur> y la tierra donde se apoyaba estaba totalmente seca.

Experimento con la combinación de tierra porosa y nitroglicerina y comprobó que no estallaba sin la ayuda de un fulminante. Sin éste, la mezcla podía manipularse sin peligro. Además, en la combinación, la nitroglicerina conservaba todas sus propiedades de destrucción. Nobel llamó a la mezcla dinamita, que en forma de cilindros sustituyó a la nitroglicerina libre como explosivo.


Nobel también inventó la gelatina explosiva. Los explosivos y los pozos de aceite de Baku, Rusia, le proporcionaron una gran fortuna. La dinamita pasó al oeste americano y los explosivos en general tuvieron muchísimos usos pacíficos. Sin embargo, fueron la espina dorsal de la guerra moderna, hasta la llegada de las armas nucleares, y al humano e idealista Nobel, le contempló todo el mundo como el inventor de los horribles instrumentos de guerra. Era soltero, solitario e impopular, la gente no comprendió que el inventor de la dinamita realmente creía que sus explosivos proscribirían la guerra al hacerla tan horrible.

A su muerte dejó una fundación de 9.200.000 dólares, para la institución de premios anuales (premios Nobel) en cinco ramas: paz, literatura, física, química y medicina. Se han convertido en el honor máximo que se puede alcanzar por proezas en estos respectivos campos y aunque van acompañados de un premio en metálico considerable, esto no se puede comparar al honor, prestigio y popularidad que confieren. Estos premios no se otorgaron hasta que se vencieron ciertas dificultades. Nobel había redactado él mismo su testamento, que tenía algunos fallos, lo que condujo a un proceso legal de cinco años. Al fin, los deseos de Nobel se cumplieron y los premios empezaron a repartirse justamente, cuando la segunda revolución científica se ponía en movimiento.

El primero que obtuvo el premio Nobel fue el físico Roentgen, que con su descubrimiento de los rayos X empezó dicha revolución científica. El Instituto Nobel de Suecia lleva su nombre y como el elemento 102 se aisló allí, en 1958, se le dio el nombre de nobelio.

WILHELM KONRAD ROENTGEN

Nobel Física-1901

Roentgen se educó en Holanda y Suiza. Estudiaba ingeniería mecánica, pero en Zurich, Suiza, le introdujo en la física Kundt y decidió hacer de ella su profesión. Después de obtener su título en 1869, trabajó como ayudante de Kundt, que aceptó un puesto en Alemania. Roentgen le acompañó y realizó un trabajó muy importante en muchas ramas de la física.

El gran momento de Roentgen fue en el otoño de 1895, cuando era director del departamento de física en la Universidad de Würzburg, en Baviera, y su nombre se inmortalizó. Trabajaba con los rayos catódicos y repetía algunos de los experimentos de Lenard y Crookes. Se interesó particularmente por la fluorescencia que estos rayos originaban en ciertos elementos químicos.

A fin de observar esta débil fluorescencia oscureció la habitación y encerró el tubo de rayos catódicos en un delgado cartón negro. El 5 de noviembre de 1895 puso el tubo de rayos catódicos encerrado, en actividad, y llamó su atención un rayo de luz que no provenía del tubo. Buscó con cuidado y notó que una hoja de papel recubierta de cianuro de platino, que estaba a distancia del tubo, resplandecía. Era una de las sustancias fluorescentes, pero resplandecía también cuando el tubo de rayos catódicos estaba encerrado en el cartón y, por tanto, no podía alcanzarlo la radiación.


Apagó el tubo, la cubierta del papel se oscureció, lo encendió y mostró otra vez fluorescencia. Fue a otra habitación con la cubierta, cerro la puerta y la oscureció. El papel resplandecía cuando el tubo operaba.

Le pareció a Roentgen  que del tubo de rayos catódicos brotaba una especie de radiación muy penetrante, pero invisible. Haciendo experimentos llegó a la conclusión de que la radiación podía atravesar capas de papel gruesas y aun metálicas. Como no tenía idea de la naturaleza de la radiación la llamó rayos X, porque X es generalmente el signo que se emplea en matemáticas para lo desconocido, y aunque ahora se conoce la naturaleza de la radiación, el nombre todavía persiste. Durante algún tiempo hubo tendencia a llamarla rayos Roentgen, pero por dificultad a la hora de la pronunciación por lenguas no teutónicas se prefirió la denominación de rayos X, cuya unidad de dosificación (medida) se conoce con el nombre de roentgen.

Roentgen se dio cuenta de la importancia del descubrimiento y se apresuró a publicarlo antes de que se le anticipasen, y aunque reconocía la naturaleza fantástica del descubrimiento, no se atrevió a publicarlo antes sin acumular datos. (Unos años más tarde alguien le preguntó: <que pensó cuando descubrió los rayos X> y contesto <no pensaba, experimentaba>.) Durante siete semanas hizo experimentos sin cesar y finalmente el 28 de diciembre de 1895 presentó el primer escrito en el cual no solamente anunciaba el descubrimiento, sino que informaba de las propiedades fundamentales de los rayos X.

La primera conferencia pública acerca del nuevo fenómeno la dio Roentgen el 23 de enero de 1896. Cuando terminó de hablar pidió un voluntario y Kolliker, de casi ochenta años, subió al estrado y se le tomo una radiografía de su mano, que mostraba tener muy bien los huesos para su edad. Sucedió un aplauso frenético y el interés en los rayos X se extendió por Europa y América.

Otros físicos confirmaron en seguida los resultados de Roentgen. De hecho, Crookes los había observado realmente antes que Roentgen sin darse cuenta de su importancia.

Estos rayos ofrecían una nueva arma para diagnosis médica, porque penetraban fácilmente en los tejidos blandos del cuerpo, pero los huesos los pasaban con una absorción de estos considerable. Un rayo, al pasar por el tejido hacia una placa fotográfica, arrojaba una sombra blanca de huesos sobre el negro. Objetos metálicos, como balas, imperdibles tragados, etc., resaltaban muy claramente. Las muelas y dientes en mal estado se veían grises en lugar del blanco de un diente normal. Cuatro días, solamente, después de la llegada a América del descubrimiento de Roentgen se utilizaron los rayos X para localizar una bala en la pierna de un paciente. (Hicieron falta unos años trágicos para descubrir que eran peligrosos y que podían originar el cáncer, sobre todo en la forma de leucemia.)

Aparte de sus aplicaciones claras, el descubrimiento de Roentgen galvanizó el mundo de los físicos, que se lanzaron a otros descubrimientos y derrocaron completamente los conceptos anticuados de la ciencia, tanto que el descubrimiento de los rayos X se considera muchas veces como el primer golpe de la segunda revolución científica. (La primera revolución científica es la que incluía a Galileo con sus experimentos sobre la caída de los cuerpos.)

En cuestión de meses las investigaciones sobre rayos X condujeron al descubrimiento de la radioactividad por Becquerel. Los físicos en la actualidad llaman a los del siglo diecinueve (con un ligero aire de condescendencia), físicos clásicos.

La importancia del descubrimiento se reconoció inmediatamente. En 1896 Roentgen compartió la medalla Rumford con Lenard y en 1901, cuando se establecieron los Premios Nobel, el primero que tuvo el honor de recibir el de física fue Roentgen.

Tuvo oportunidad de ennoblecerse y añadir “von” a su nombre, cosa que le ofrecía el rey de Baviera, pero rehusó. No hizo ningún intento de patentar los rayos X o conseguir alguna ganancia financiera con su descubrimiento, que probó ser de una importancia inconmensurable para la ciencia, medicina e industria, hecho sobre el cual Edison comentaba con cierto humor tolerante.

No era porque no hubiera tenido en dónde gastar el dinero, la segunda consecuencia de la Primera Guerra Mundial fue la inflación que empobreció a muchos alemanes, incluyendo a Roentgen. Murió en lo peor de esta inflación y en condiciones bastante precarias.

JAMES CLERK MAXWELL

Maxwell pertenecía a una familia escocesa muy conocida y desde muy joven mostró talento para las matemáticas. La posesión de tal talento se confunde muchas veces, entre los jóvenes, con la locura y a Maxwell le pusieron el apodo de <Daffy> sus compañeros de clase. A los quince años contribuyó, con un trabajo original, el diseño de las curvas ovaladas, a la Royal Society de Edimburgo. Estaba tan bien hecho el trabajo  que muchos se negaron a creer que estuviera hecho por un muchacho. Al año siguiente se encontró con Nicol, ya de edad, que había inventado el prisma de polarización, debido a este encuentro se interesó en el fenómeno de la luz en general, que más tarde aplicaría al hacer uso de la teoría de la percepción del color de Young y Helmholtz para sugerir métodos que se usarían en la fotografía de color.

En Cambridge, en donde entró en 1850, se graduó siendo segundo de su clase de matemáticas, como Kelvin lo había sido antes que él y J. J. Thomson lo sería después. El primero fue un notable matemático, pero no alcanzó nunca la fama de Maxwell. Su primer puesto como profesor fue en Aberdeen en 1856.
Muy poco después de graduarse hizo su contribución más importante a la astronomía en relación a los anillos de Saturno.

En aquel tiempo había mucha inseguridad respecto de la naturaleza de esos anillos que parecían ser discos planos y huecos. Maxwell demostró con consideraciones teóricas, que si los anillos fuesen realmente sólidos o líquidos, al actuar sobre ellos la gravedad y las fuerzas mecánicas al girar, los rompería, pero si consistieran en pequeñas partículas sólidas en gran cantidad, tendrían la apariencia (dada la enorme distancia de Saturno) de ser sólidos y serían dinámicamente estables. Desde su tiempo todas las pruebas han robustecido el punto de vista de Maxwell. Los anillos consisten verdaderamente de miríadas de cuerpos minúsculos que forman como un cinturón muy denso alrededor del planeta.


Hacia 1860, dirigió su conocimiento de las matemáticas a otro problema que contenía muchas partículas diminutas, esta vez formaban gases en vez de los anillos de Saturno. Todos los gases están formados por moléculas de movimientos rapidísimos en varias direcciones. Maxwell trató el fenómeno estadísticamente como Bernouilli lo había hecho hacía un siglo, pero ahora tenía más medios matemáticos a su disposición y pudo llegar mucho más adelante. Consideró que las moléculas se movían no solo en todas las direcciones, sino también con todas las velocidades, chocando unas con otras y con las paredes del recipiente. Con Boltzmann, que trabajaba en el mismo problema, efectuó la teoría cinética de los gases de Maxwell-Boltzmann, que desarrollaba una ecuación que mostraba las velocidades entre las moléculas de un gas a una temperatura determinada. Unas cuantas moléculas se movían muy lentamente y otras con gran rapidez, pero el porcentaje mayor lo hacían a una velocidad intermedia, con la velocidad más uniforme en el centro. Al elevarse la temperatura hacía que las moléculas se moviesen con más rapidez y al descender con más lentitud. En efecto, la temperatura y el mismo calor podían describirse como la elevación del movimiento molecular y nada más. Este fue el golpe final para el calor considerado como un fluido imponderable. La idea de Rumford de que el calor era una forma de movimiento, se fijó para siempre.

El nuevo punto de vista del calor no anulaba trabajos, como los de Carnot, sobre termodinámica. Sus conclusiones basadas en la observación y en la experimentación, se explicaron sobre los principios de la nueva y mejor teoría y permanecieron tan útiles y tan importantes como siempre.

En 1871 nombraron a Maxwell profesor de física experimental en Cambridge, fue el primero en tener una cátedra de esa asignatura. Mientras estaba en ese puesto, organizó el laboratorio Cavendish, nombre dado en honor a Henry Cavendish, el excéntrico científico inglés del siglo anterior. Una generación más tarde, este laboratorio iba a efectuar una gran obra en relación a la radioactividad.

El trabajo más importante de Maxwell se efectuó entre 1864 y 1873, cuando dio forma matemática a las especulaciones de Faraday respecto a las líneas de fuerza magnéticas. Al hacerlo, Maxwell, pudo conseguir unas cuantas ecuaciones simples que expresaban todos los fenómenos variados de electricidad y magnetismo y las unió de un modo indisoluble. Su teoría demostraba que la electricidad y  el magnetismo no podían existir aisladamente, donde esta una allí estaba el otro, por tanto, se hace referencia a su obra, generalmente, como la teoría del electromagnetismo.


Señalaba que la oscilación de una carga eléctrica producía un campo electromagnético que se radiaba hacia el exterior a velocidad constante. Esta velocidad podía calcularse por la razón de ciertas unidades que expresaban fenómenos magnéticos, a unidades que indicaban fenómenos eléctricos. Esta razón se descubrió que era de 300000 kilómetros por segundo, que es aproximadamente la velocidad de la luz.

A Maxwell le pareció esta algo más que una simple coincidencia y sugirió que la luz provenía de la oscilación de una carga eléctrica y, por lo tanto, que era una radiación electromagnética. En su tiempo no se conocía ninguna carga oscilante que pudiese producir luz, cosa que se dejó para Zeeman, de una generación posterior, que probase esta teoría de Maxwell.

Además, como las cargas podían oscilar a cualquier velocidad, le pareció a Maxwell que debería haber una familia completa de radiaciones electromagnéticas de las cuales la luz visible era solo una pequeña parte.
Hacía más de medio siglo que Herschel había descubierto la luz infrarroja, más allá del final rojo del espectro visible y Ritter la luz ultravioleta, más allá del final violeta. Desde entonces Stokes había señalado que la luz ultravioleta tenía todas las propiedades de la luz ordinaria y Melloni había hecho lo mismo con la infrarroja. Maxwell predijo radiaciones que iban mucho más allá que las infrarrojas y las ultravioletas, cosa que no se comprobó hasta el tiempo de Hertz.

Maxwell creía que las ondas de radiaciones electromagnéticas no eran transportadas solamente por el éter, sino que las líneas de fuerza eran realmente disturbios del éter. De este modo comprendió que había anulado la idea de <acción a distancia>. Creyeron algunos que hacían experimentos con electricidad y magnetismo, Ampére por ejemplo, que un imán atraía el hierro sin hacer contacto con él. A Maxwell le pareció que los disturbios del éter producidos por el imán tocaban al hierro y que todo podía considerarse como <acción de contacto>.

En una cosa la intuición de Maxwell tuvo una falta. Rechazó la idea de que la electricidad tuviese naturaleza corpuscular, aunque por la ley de electrólisis de Faraday estuviese muy indicado.

Casi el último éxito de Maxwell fue la publicación de los experimentos eléctricos de Cavendish, no publicados hasta entonces, en que mostraba a ese extraño personaje que se había adelantado cincuenta años con sus trabajos.

Maxwell murió de cáncer antes de cumplir los cincuenta años, si hubiera vivido lo que se considera hoy en día una vida media, habría visto realizada su predicción de un extenso espectro de radiaciones electromagnéticas, probado por Hertz. También que el éter, que en su teoría estaba firmemente establecido, se ponía en duda por el experimento, que hizo época, de Michelson y Morley, y vería la comprobación de que la electricidad consistía de partículas. La ecuación electromagnética no dependía de su interpretación del éter, y la hubiera hecho mejor si lo hubiera sabido. Cuando las teorías de Einstein, de una generación más tarde de la muerte de Maxwell, se pusieron en contra de toda la <física clásica>, la ecuación de Maxwell permaneció intocable y de tanto valor como siempre.



Trabajos de Maxwell (Internet Archive)

JOHANN KEPLER

Johann Kepler

En su juventud Kepler tuvo la desgracia de criarse con una constitución enfermiza. Un ataque de viruelas cuando tenía tres años paralizó sus manos y debilitó su vista. Esto hizo necesario que recibiera educación religiosa, ya que otro trabajo más exigente que el de sacerdote, no se le debía asignar.

Sin embargo, su brillantez en matemáticas hubo de ser reconocida y por medio de una educación privada tomó contacto con las doctrinas de Copérnico, que en seguida siguió. En 1594 abandonó toda idea de sacerdocio y estaba dando clase de ciencias en la Universidad de Graz en Austria.

Había una gran vena de misticismo dentro de Kepler. Un profesor de astronomía de aquellos tiempos debía de saber leer el horóscopo a cualquiera y Kepler se lanzó a ese tipo de trabajo. Como no era un falso, estudió cuidadosamente los astrónomos griegos con idea de hacer una ciencia verdadera a partir de la astrología como Cardano lo hiciera casi un siglo antes, y ambos fallaron en el intento.

Más adelante en su vida, Kepler parecía sentirse bastante escéptico con su habilidad como astrólogo, pero no hay duda de que fue más estimado por sus protectores por esto que por sus conquistas en el campo de la ciencia. Le leyó el horóscopo al emperador Rodolfo y más tarde a Albrecht von Wallenstein, general del Imperio, con lo que se ganó su protección a pesar de ser protestante, pues eran considerables los odios religiosos en aquellos tiempos de la guerra de los Treinta Años.

En 1597 las disputas religiosas (antes de las riñas violentas de la guerra de los treinta Años) eran intensas en Graz, Kepler creyó prudente abandonar dicho lugar. Aceptó un empleo en Praga con el anciano Tycho Brahe con el que había mantenido correspondencia desde hacía algún tiempo. A la muerte de Tycho, en 1601, Kepler se quedó con los valiosísimos datos que el maestro había acumulado a lo largo de su vida, incluida su detallada observación sobre el movimiento aparente del planeta Marte.

Kepler intentó estructurar una disposición de los cielos basada en estas observaciones. A ello le animó la aparición de otra nova (Estrella de Kepler) el 30 de septiembre de 1604, que aunque no tan brillante como la estrella de Tycho, era lo suficientemente espectacular.

Nova de Kepler

Sin embargo, en su trabajo, Kepler desvió sus intereses más hacia aquellos conocimientos de mística de los tiempos de Grecia. Creyó firmemente en la <música de las esferas> que propugnó Pitágoras y sus seguidores, tratando incluso de averiguar las notas que cada planeta emitía en su movimiento. (Dijo que la Tierra emitía las notas mi, fa, mi, que estaban en consonancia con <famine>”hambre” y <miseria>.)

También cayó bajo la influencia de Platón al intentar encajar los cinco sólidos del mismo en el sistema planetario. Así, circunscribió un octaedro alrededor de la esfera de Mercurio y colocó la esfera de Venus en sus vértices. Un icosaedro se circunscribía alrededor de la esfera de Venus y colocó la esfera de la Tierra en sus vértices, y así sucesivamente.

Esferas de Kepler

Tardo muchísimo tiempo en trabajárselo, con la esperanza de contabilizar exactamente las distancias relativas del Sol a los distintos planetas, y al final se dio cuenta, en 1595, que no podía hacer corresponder los sólidos con las esferas.

A pesar de todo no se rindió, hasta que por fin vio claro que no podía aplicar los datos de Tycho a las esferas, buscando alguna curva no circular que se ajustara. Primero trató con un óvalo (forma de huevo) y por fin se estableció con la elipse.

La elipse, curva que estudió por primera vez Apolunio, se parece a una circunferencia aplastada. Una circunferencia tiene un diámetro fijo, pero el diámetro de la elipse (línea recta que contenga a un centro) varía en longitud con la posición. El diámetro más largo pertenece al eje mayor y el más corto al eje menor. Mientras más plana sea la elipse mayor es la diferencia proporcional de sus ejes y mayor su excentricidad. (La excentricidad de un círculo es nula, pues no esta nada achatado.)

A lo largo del eje mayor hay dos puntos llamados focos, equidistantes del centro, y tiene la siguiente propiedad: si dibujamos desde ambos focos líneas rectas que se corten en un mismo punto de la elipse, la suma de estas distancias es igual a la longitud del eje mayor. Esto es aplicable a cualquier punto de la curva.

Kepler descubrió que las órbitas de los otros planetas también se ajustaban a una elipse con el Sol en uno de sus focos. Anunció su descubrimiento en un libro que publicó en 1609 y hoy se conoce como la primera ley de Kepler. Este libro también contenía su segunda ley: “Un radio vector que une al Sol con un planeta, barre áreas iguales en tiempos iguales a lo largo del paso del planeta por su orbita”. Esto quiere decir que mientras más cerca se encuentre el planeta del Sol, más velocidad alcanzará en una posición fija y calculable.

Kepler, más tarde, aplicó estas leyes a las lunas de Júpiter también. Sin embargo, fue incapaz de manejar el satélite de la Tierra: la Luna, pues sus movimientos eran demasiado complicados. Harrocks consiguió esto en 1638.

Las elipses de Kepler pusieron punto final a la astronomía griega, destruyendo el sagrado movimiento circular y acabó con las esferas celestes que Eudoxio había colocado en el cielo dos mil años antes y que incluso Copérnico había sostenido. Desde entonces los sabios han seguido el esquema de Kepler del sistema solar con modificaciones sin importancia. (Kepler se restringió al sistema solar pensando que las estrellas estaban todas en una capa fina de unos tres kilómetros bastante alejadas del sistema solar. En este punto le aventajó bastante Bruno.)

Con la abolición de las esferas celestes habría que buscarse otra explicación que justificara que los cuerpos celestes se mantuvieran en sus órbitas. El hecho de que el Sol estuviera siempre en un foco de la elipse (por tanto en el mismo plano de la órbita siempre y siendo el movimiento más rápido cuanto más cerca estuviera el planeta del Sol), hizo evidente ante los ojos de Kepler que el Sol controlaba de algún modo el movimiento de los planetas. Sugirió la idea de Gilbert acerca de la posible existencia de una atracción magnética, pero los sistemas que con dicha idea trató de desarrollar no fueron satisfactorios. Medio siglo más tarde, Newton encontró dicha explicación.

Kepler publicó otro libro en 1619 que contenía bastante misticismo difuso. En él (a modo de una perla entre una masa de algas) se encuentra su tercera ley, que dice que el cuadrado del periodo de revolución de un planeta es proporcional al cubo de su distancia al Sol. Una vez más aparecía el Sol controlando el movimiento planetario.

El libro fue dedicado a Jacobo I de Inglaterra, un rey pedante, para el cual un libro grueso significaba comida y bebida y su dedicatoria el postre para acabar. El rey invitó a Kepler a Inglaterra pero éste rechazó la invitación pues se resistía a abandonar Alemania, aún cuando estaba entrando en la guerra de los Treinta Años.

Kepler y Galileo mantuvieron una correspondencia amistosa, comunicando el primero sus teorías al segundo. Galileo, sin embargo, en su libro sobre la teoría de Copérnico no hizo mención alguna sobre las leyes de Kepler. Probablemente la consideró tan disparatadas como sus fantasías sobre los sólidos regulares y música de las esferas (por no decir nada de sus horóscopos). De hecho, la correspondencia se cortó en 1610 y esto puede indicar la pérdida de amistad entre ambos.

A pesar de todo, cuando Galileo se dedicó a construir telescopios enviándolos a aquellos lugares donde hicieran falta, uno le llego a Kepler. Es dudoso que Kepler, por su débil vista, le sacara mucho partido al instrumento. Sin embargo, estudió cómo las ondas de luz atravesaban las lentes. De esta manera explicó el funcionamiento del telescopio y fundó la ciencia de la óptica moderna, aunque no pudo hallar una expresión matemática para expresar la refracción de la luz. Esto lo haría su joven contemporáneo Snell.

En 1612 murió Rodolfo II, protector de Kepler. El nuevo emperador, Matías, mantuvo a Kepler en su puesto de Astrónomo de la corte, pagándole su salario generalmente con atraso. Rodolfo II tampoco había sido un pagador inmediato. En 1620 la madre de Kepler fue encarcelada por bruja y aunque no fue torturada no vivió mucho después de ser puesta en libertad, que consiguió su hijo tras no pocos esfuerzos.

Kepler se pasó estos años completando nuevas tablas de movimientos planetarios, basándose en las grandes observaciones de Tycho, además de su teoría propia de las órbitas elípticas. Utilizó los recién inventados logaritmos de Neper en sus cálculos, siendo así utilizados para algo de importancia por primera vez. A pesar de los problemas familiares, las dificultades económicas y la continua guerra e inquietudes religiosas, las tablas (que llamó tablas rodolfinas en honor a su antiguo protector) fueron publicadas en 1627 y dedicadas a la memoria de Tycho. La obra contenía también tablas de logaritmos y el mapa estelar de Tycho ampliado por Kepler.

Tablas Rudolphinas

  El último servicio que Kepler prestó a la astronomía fue el cálculo del momento en que los planetas Mercurio y Venus se interponen entre el Sol y la Tierra. Tales pasajes nunca habían sido observados pero según los cálculos de Kepler debían de suceder. En 1631 dicho “tránsito” de Mercurio fue observado por Gassendi en el momento prefijado, aunque ya Kepler había muerto.

Transito de mercurio moderno - Imagen de exposición múltiple

Los manuscritos de Kepler fueron casualmente comprados por Catalina II de Rusia más de un siglo después de su muerte conservándose en los últimos años en el Observatorio de Pulkovo, antigua U.R.S.S.