GEORGE PAGET THOMSON

Nobel Física-1937

         Thomson es el único hijo de J. J. Thomson. Estudió en Cambridge, graduándose justamente antes de que estallara la Primera Guerra Mundial. Después de pasar algún tiempo en el ejército y en trabajos de aerodinámica aplicada a la guerra, volvió a la física y fue nombrado profesor de física natural en la Universidad de Aberdeen en 1922.

         En 1927, muy poco después de que Davisson publicara sus trabajos, Thomson publicó su propia observación, independiente, a propósito de la difracción de los electrones.

         Consiguió sus resultados haciendo pasar una corriente rápida de electrones a través de una placa metálica, de manera muy semejante a como lo había hecho Laue al hacer pasar una corriente de rayos X a través de un cristal. Thomson obtuvo el mismo tipo de difracción con los electrones que Laue había obtenido con los rayos X. Sus resultados estaban perfectamente de acuerdo con la teoría de De Broglie.

         Como consecuencia de todo ello se le concedió el premio Nobel de física en el año 1937, compartiéndolo con Davisson.

         Durante la Segunda Guerra Mundial, Thomson fue el director de la British Commission on Atomic Energy y en 1943 fue condecorado.

THOMAS YOUNG

         Young fue un niño prodigio que sabía leer a los dos años de edad y a los cuatro ya había leído la Biblia dos veces. Era del tipo mejor de niño prodigio, es decir, de los que al madurar se convierte en adulto prodigio.

         En Cambridge le llamaban Phenomenon Young (joven fenómeno).

         Se interesó por la medicina y estudió en la Universidad de Edimburgo como alumno del anciano Black. Fue a Alemania donde se graduó en la Universidad de Gotinga en 1796 y abrió su consulta en Londres en 1799. Entre 1801 y 1803 dio conferencias científicas en la Royal Institution, recién fundada por Rumford y en 1802 fue nombrado secretario para el extranjero de la Royal Society.

         Como médico se interesó por la percepción sensorial. Fue el primero que descubrió, siendo todavía estudiante de medicina, el modo en que cambia de forma el cristalino del ojo al enfocar objetos a distinta distancia. En 1801 describió las causas del astigmatismo (la visión borrosa que es causada por irregularidades en la curvatura de la córnea).

         Del ojo a la luz en sí, no hay más que un paso. Durante más de un siglo se había estado debatiendo la cuestión de la naturaleza de la luz. Unos decían que era corpuscular (quizá los que más victorias obtenían) y otros que era ondulatoria. La prueba que se esgrimía con más fuerza en contra de los de la teoría ondulatoria era el hacho de que la luz marcaba siluetas netas de sombra y no rodeaba las esquinas como lo hacían, por ejemplo, las ondas sonoras. Algunos habían sugerido que cuanto más pequeñas fueran las ondas más se propagaban en línea recta, pudiendo las ondas de luz ser tan pequeñas que se propagaran prácticamente solo en línea recta. Grimaldi había detectado lo poquísimo, pero era algo, que se apartaban de la línea recta en su trayectoria, siglo y medio antes, pero sus observaciones se habían despreciado. A Young le tocó demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz de una manera mucho más espectacular.

         Young llevó a cabo su experimento en 1803 haciendo pasar la luz por unas rendijas muy estrechas y viendo que aparecían distintas bandas de luz donde solo debería de haber una raya de separación neta entre luz y sombra. Estas bandas de luz surgían como consecuencia del <rodeo> que la luz hacía en las esquinas, como había demostrado Grimaldi, y no tenían explicación alguna por la teoría corpuscular.

         Young, sin embargo, tenía una prueba aún más evidente. De su estudio de los sonidos, se interesó por el fenómeno de las pulsaciones mediante el cual, en dos sonidos distintos se producían periodos de sonido intensificado separados por periodos de silencio. Esto tenía fácil explicación si se considera que cada sonido tiene distinta longitud de onda y por tanto no van al mismo acorde, no coinciden las crestas y los valles de las ondas. Al principio, las dos ondas pudieran ir al mismo paso y ambos sonidos se refuerzan así mutuamente produciendo doble intensidad. Más tarde si dejaban de ir al mismo paso y las moléculas de aire eran empujadas en un sentido por una onda y en el contrario por la otra, con un efecto total de movimiento nulo, se producía, por tanto, el silencio.

         Young se preguntó, ¿Se podrían sumar dos rayos, o haces, de luz para producir la oscuridad? Si fueran corpúsculos no, si fueran ondas sí. Young dejó pasar rayos de luz por dos orificios pequeñísimos que al atravesarlos se ensanchaban y se entrecruzaban. La zona de entrecruzamiento no era un área de luz intensificada, como cabía esperar, sino que formaba un dibujo de zonas alternativas de luz y sombra, situación esta (interferencia) análoga a la de las pulsaciones del sonido.

         Al principio, el trabajo de Young encontró bastante oposición y hostilidad en Inglaterra, pues sus cálculos matemáticos eran complicados y su exposición algo enrevesada. Por otro lado, la teoría corpuscular era particularmente <inglesa> ya que fue Newton quien la expuso, por lo que existían dificultades de todo tipo por parte de los científicos ingleses para oponerse a ella. (El orgullo nacional casi siempre juega un papel perjudicial para la ciencia, al igual que para otras muchas disciplinas). Por ello, fueron los franceses Fresnel y Arago los que continuaron la obra de Young, echando abajo la teoría corpuscular (si no para siempre, si por lo menos durante casi otro siglo más).

         A partir de su experimento de la difracción, Young pudo calcular la longitud de onda de la luz visible, pues solo era necesario calcular qué longitud de onda permitía observar el grado mínimo de <rodeo> de esquinas. Las longitudes de onda que se obtuvieron resultaron ser muy pequeñas, menores que la millonésima parte del metro.

         El interés que Young tomó por la luz le llevó a estudiar la naturaleza de la percepción de los colores. Fue el primero que dijo que no era necesario ver cada color por separado a través de distintos mecanismos fisiológicos. Bastaba con ver tres colores como el verde, el rojo y el azul y con combinaciones de éstos en distintas proporciones se obtenían los miles de tonalidades de colores que hay. Esta teoría la perfeccionó Helmholtz medio siglo más tarde y en la actualidad se refiere una a ella como la teoría de los tres colores de Young-Helmholtz. La fotografía y la televisión de gran parte del siglo XX se apoyan en esta teoría tricolor.

         Aún quedaba una cuestión por aclarar en esta teoría ondulatoria de la luz. ¿Qué tipo de ondas eran las de la luz? Podían ser ondas transversales como las de las de la superficie del agua, formando ángulo recto la dirección del movimiento con el tren de ondas total. También podían ser longitudinales, como las ondas sonoras, ondulándose en la misma dirección de movimiento del tren de ondas. Todos los que habían defendido la teoría ondulatoria de la luz, como Huygens, habían tomado como casi seguras las de tipo longitudinal. Young al principio pensó lo mismo pero, sin embargo, por medio de estas ondas no se podía dar explicación al efecto de la doble refracción, que noto Bartholin por primera vez. En 1817, Young escribió a Arago diciéndole que las ondas de luz debían ser transversales y con ellas se podía explicar el efecto de la doble refracción, en esto acertó.

         Young se interesó también en otras formas de energía distintas a la luminosa. En 1807 fue el primero que hizo uso de la palabra energía en su versión moderna, como aquella propiedad que confiere a un sistema la capacidad para producir un trabajo. En ese mismo año discutió la <teoría calórica> del calor, citando los experimentos de Rumford. En este punto, sin embargo, les resultaba muy difícil a los físicos franceses, precisamente, abandonar la teoría <francesa> de Lavoisier y tuvo que transcurrir medio antes de que fuese, total e indiscutiblemente, destruida la teoría del calórico, precisamente por un ingles, Maxwell.

         Young contribuyó también a comprender la tensión superficial de los líquidos y estudió la naturaleza de las sustancias elásticas. La constante utilizada en las ecuaciones que definen el comportamiento de las materias elásticas se llama todavía <Módulo de Young>.

         Y, para colmo, como si toda esta actividad en las ciencias físicas y biológicas no hubiera sido suficiente, Young llegó a estudiar el problema de las antiguas lenguas jeroglíficas de Egipto. Fue el primero que hizo progresos para descifrarlas y en 1818 este físico y médico pudo escribir un documentado artículo sobre Egipto que sobrepasó los esfuerzos de sus contemporáneos historiadores.

CLINTON JOSEPH DAVISSON

Nobel Física-1937

         Davisson entró en la Universidad de Chicago gracias a una beca en el año 1902 y atrajo la atención de Millikan. Con la recomendación de este último entró en la Universidad de Princeton para seguir sus estudios de postgraduado en física, obteniendo su doctorado en 1911 y trabajando bajo la supervisión de Richardson sobre la emisión de iones a partir de materiales calentados.

         Davisson trabajó en el Carnegie Institute of Technology en Pittsburgh hasta la Primera Guerra Mundial. Entonces obtuvo permiso de ausencia para entrar en la compañía Bell, donde se incorporó y permaneció.

         Davisson estaba interesado en la teoría de De Broglie sobre la naturaleza ondulatoria de los electrones, enunciada en 1924, pero Davisson nunca supuso, probablemente, que iba a demostrar dicha naturaleza experimentalmente. Lo hizo de manera accidental.

         En 1927 estaba estudiando la reflexión de los electrones en una placa metálica de níquel encerrada en un tubo de vacío. El tubo se hizo añicos accidentalmente y el níquel caliente desarrolló inmediatamente una película de óxido que lo imposibilitó para ser usado de nuevo como placa. Para deshacerse de dicha película tuvo que calentar el níquel durante un periodo bastante largo. Una vez que hubo hecho esto se dio cuenta de que habían cambiado las propiedades reflectoras del níquel.

         Investigaciones posteriores demostraron que donde la placa contenía muchos cristales diminutos antes de calentarse, contenía después solo unos pocos cristales más grandes. Davisson llevó esto a su lógica conclusión y preparó un único cristal de níquel para usarlo como prueba. Esta vez encontró que el haz de electrones no solo se reflejaba, sino que también sufría difracción. Pero este último fenómeno es característico de las ondas y no de las partículas, de modo que, de esta manera, quedaba probada la naturaleza ondulatoria de los electrones y confirmada la teoría de De Broglie.

         Aquel mismo año se confirmó también por los trabajos de G. P. Thomson, trabajos diferentes e independientes a los de Davisson.

         Como resultado de todo esto, Davisson y Thomson recibieron y compartieron el premio Nobel de física en 1937.

ALFRED WERNER

Nobel Química-1913

         En el momento del nacimiento de Werner, Alsacia era francesa, pero cuando éste cumplió los cuatro años pasó a ser parte de Alemania como consecuencia de la guerra franco-prusiana. Werner se murió en el año en que volvía a ser francesa de nuevo como resultado de la Primera Guerra Mundial.

         La educación de Werner fue alemana. A la edad de veinte años se marchó a Suiza, donde permaneció durante el resto de su vida.

         Cuando aún vivía en Alsacia instaló un laboratorio casero de química en el granero de sus padres y ya a los dieciocho años había realizado trabajos estimables y originales.

         Obtuvo su doctorado en la Universidad de Zurich en 1890 y su tesis trataba del orden espacial de los átomos alrededor de un átomo central de nitrógeno. Igual que Kipping y Pope estaba interesado en extender las ideas de Van`t Hoff y Le Bel a otros átomos además del de carbono. Antes de que consiguiera acabar lo que se proponía, Werner sobrepasó incluso a Pope produciendo compuestos óptimamente activos de metales tales como el cobalto, cromo y rodio.

         En 1891 desarrolló la teoría de la coordinación de la estructura molecular, cuya idea, según sus propias palabras, le vino durante el sueño despertándole a las dos de la mañana.

         Esencialmente la teoría establece que las relaciones estructurales entre los átomos no tienen por qué restringirse a los enlaces comunes de valencia, tanto iónico, según el concepto de Arrhenius de las moléculas inorgánicas simples, como covalentes, como en las moléculas orgánicas tan bien representadas por el sistema de Kekulé.

         Por el contrario, átomos o grupos de átomos podían distribuirse alrededor de un átomo central de acuerdo con principios geométricos establecidos y sin tener en cuenta la valencia.

         La teoría de la coordinación amplió enormemente la comprensión de la estructura química y pudieron explicarse muchas cosas, gracias a ella, que de otro modo hubieran continuado siendo bastante misteriosas. Se habla a veces de los enlaces de coordinación como de una segunda valencia. Finalmente, tanto la valencia común como la secundaria se unieron en una sola teoría gracias al trabajo de hombres como Pauling una generación después de Werner.

         Por su teoría de la coordinación, Werner fue recompensado con el Premio Nobel de química en 1913.

VICTOR FRANCIS HESS

Nobel Física-1936

         Hess obtuvo su doctorado en la Universidad de Graz en 1906. Fue miembro del profesorado de la Academia de Ciencias de Viena, donde permaneció algunos años. En 1920 fue nombrado profesor en Graz.

         Durante este tiempo Hess se interesó por localizar la fuente de la radiación de fondo que aparecía bajo la forma de ionizaciones en la atmósfera, incluso dentro de recipientes protegidos. Se creía que pequeñas cantidades de material radioactivo estaban presentes en todas partes, en el suelo y el aire, de modo que éstas daban lugar a la radiación.

         En 1911 y a partir de entonces, Hess fue uno de los que enviaron globos con electroscopios a una altura de 8000 metros. (Los electroscopios son instrumentos simples en los cuales dos láminas de oro, ambas cargadas eléctricamente, se repelen formando una V invertida. Cuando la radiación ioniza el aire que está dentro del electroscopio, la carga se disipa y las láminas se juntan. A partir del acercamiento de las láminas se puede medir la cantidad de ionización, y por tanto, la de radiación.)

         Los experimentos llevados a cabo con los globos estaban destinados a demostrar que un electroscopio aislado y protegido era menos afectado a gran altura, lejos de la radioactividad del suelo. Sin embargo, Hess descubrió, con gran sorpresa para él, que a tales alturas la radiación era marcadamente mayor, unas ocho veces mayor de hecho, que la de la superficie de la Tierra. Otros científicos habían observado también este mismo fenómeno, pero Hess fue el primero en presentar los resultados con valores concretos, sugiriendo que la radiación venía del espacio. Millikan llamó a esta radiación Rayos Cósmicos.

         Los rayos cósmicos eran importantes no solo por la información que transmitían, o que deberían transmitir en relación con el proceso astrofísico y con la historia del universo, sino también por el hecho de que representaban una forma de energía particularmente concentrada.

         Los rayos cósmicos daban lugar a nuevas partículas que hasta mucho después no se podían encontrar de ninguna otra manera. Fue, por ejemplo, durante la investigación de los rayos cósmicos cuando Anderson descubrió el positrón y Powell el pi-mesón.

         Hess recibió el premio Nobel de física en 1936 por su descubrimiento, compartiéndolo con Anderson.

         Inmediatamente después de la anexión de Austria por Hitler, Hess se dio cuenta del peligro que corría y emigró a Estados Unidos. En 1938 entró a formar parte del profesorado de la Universidad de Fordham y en 1944 se hizo ciudadano americano.

FRIEDRICH WILHELM HEINRICH ALEXANDER HUMBOLDT

         Humboldt, hijo de un oficial de la corte del rey Federico II de Prusia (el Grande), era un hombre de increíble personalidad. Su vida, de actividad febril, amplísimos intereses y grandes conocimientos, parece demasiado para que quepa incluso en los noventa años que ésta duró.

         Su educación, aunque esporádica, bastó para crear en él un interés especial por la ciencia en general, pero en especial por la botánica. En 1790 hizo el primero de sus numerosos viajes, tan solo a Europa Occidental donde tuvo ocasión de conocer a distintas eminencias científicas. A su vuelta, se matriculó en la Escuela de Minería de Friburgo, donde se empapó del neptunismo de Werner.

         Humboldt decidió ser geólogo e ingeniero de minas, siendo durante varios años inspector de minas en Bayreuth. Hizo una gran labor en su colocación y tuvo también tiempo para experimentar los efectos de corrientes eléctricas sobre músculos y nervios, fenómeno recientemente descubierto por Galvani. Humboldt apoyó a Galvani en sus debates con Volta, estando en el lado de los vencidos.

         La madre de Humboldt murió en 1796 y la parte de herencia que le tocó le quitó de toda necesidad de ganarse la vida con su trabajo. Con ello pudo llegar a satisfacer su pasión por viajar. En 1799 puso rumbo a América para hacer una visita de cinco años por todo el continente, teniendo que evitar al principio de su viaje a los barcos de guerra británicos, ya que estaban empezando las guerras napoleónicas.

         El viaje fue de exploración (pues navegó por todo el Orinoco, verificando el sistema de drenaje del Amazonas) y de investigación científica, pues fue recogiendo especies vegetales en cantidad además de curiosidades geológicas. Estudió las corrientes del Océano de la costa occidental de Sudamérica (todavía se llama en su honor a la corriente allí existente, Corriente de Humboldt). También observó como los volcanes de América parecían estar en líneas rectas como si siguieran la dirección de una grieta profunda en la corteza terrestre. Midió la declinación de la aguja magnética según se iba desde los Polos al Ecuador, llegó a subir al volcán Chimborazo, que tiene 6300 metros de altura, estableciendo un récord que nadie batió hasta la generación siguiente.

         A su vuelta a Europa pasó por la recién aparecida nación de los Estados Unidos, visitando al presidente Jefferson (que también era aficionado a lo científico, pero sin ninguna predilección especial).

         De vuelta a París, Humboldt escribió sobre sus viajes a América con gran sensibilidad (también era un magnífico escritor y poseía a su vez talentos artísticos). Colaboró con Gay-Lussac en la dirección de experimentos sobre la composición de la Atmósfera. Fue considerado por algunos como el hombre más famoso de Europa (junto con Napoleón), en su época. Ambos, Humboldt y Napoleón nacieron con un mes de diferencia, y Napoleón solo vivió la mitad de años, acabando mal.

         Después de la caída de Napoleón, Humboldt se puso al servicio de Federico Guillermo III de Prusia, como diplomático y como quiera que se le estaba acabando el dinero, acepto una colocación pagada en Berlín, reservándose la libertad de hacer viajes frecuentes a París, ciudad que prefería y donde era más feliz.

         Su mente inquieta siempre le mantuvo ocupado. Introdujo el uso de líneas isotermas (que marcan niveles iguales de temperatura) sobre el mapa del mundo como medio para comprender  la geografía del planeta y la vida en el mismo. De señalar sus ingentes medidas de temperaturas del agua a diferentes profundidades de los diversos mares por los que navegó.

         En 1829 le invitó el zar de Rusia, Nicolás I, para que explorase sus vastos dominios asiáticos, los cual hizo Humboldt en una expedición relámpago.

         Finalmente, metido ya en los 70 años, Humboldt empezó a organizar y reunir los conocimientos adquiridos a lo largo de su vida en un libro llamado Kosmos, en el cual, como su nombre indica, intentó dar una visión auténticamente cósmica de la Tierra y verla en su conjunto como un solo cuerpo. Es cierto que nadie antes que él, y con una mente tan inquieta, hubiera visto tanto del mundo ni hubiese estado preparado para escribir semejante libro. Afortunadamente vivió lo suficiente para poderlo acabar, a pesar de haber empezado tan tarde, aunque el V y último volumen no apareció hasta después de su muerte.

         Su obra constituyo un trabajo fecundo y. aunque no fuera muy considerara en su época, constituye una obra sobresaliente en la historia de la ciencia y fue la primera enciclopedia detallada de geografía y geología. Se puede decir que con este libro Humboldt funda la ciencia de la geofísica.

CARL DAVID ANDERSON

Nobel Física-1936

         Anderson estudió en el California Institute of Technology, obteniendo su doctorado, magna cum laude, en 1930. Permaneció en el Instituto trabajando con Millikan sobre rayos cósmicos y desde entonces fue miembro del profesorado.

         Durante el transcurso de sus estudios sobre los rayos cósmicos, Anderson inventó una cámara de niebla atravesada por una lámina de plomo. Generalmente las partículas asociadas con los rayos cósmicos son tan energéticas que su curvatura, dentro de la cámara de niebla, no es muy pronunciada incluso utilizando campos magnéticos fuertes. La lámina de plomo, aunque no paraba al conjunto de partículas, les restaba la suficiente energía como para que la curva descrita fuera apreciable, se podían extraer más y mejores resultados de una curva que de una recta.

         En 1932, estudiando las fotografías de trayectorias en cámaras de niebla de este tipo, Anderson llegó a detectar algunas exactamente iguales a las de los electrones, con la diferencia de que la curvatura era en sentido contrario. Era precisamente lo que se podía esperar de los electrones que tuvieran carga positiva en lugar de negativa, y de hecho, a Anderson se le ocurrió que podía tratarse de aquellos electrones positivamente cargados detrás de los cuales habían estado matemáticos como Dirac dos años antes. Anderson propuso el nombre de positrón para la nueva partícula, y fue aceptado. Con este descubrimiento Anderson se adelantó a Blackett y al matrimonio Joliot-Curie, que iban también a la búsqueda del positrón.

         El positrón no era la única partícula nueva que Anderson localizó durante sus trabajos sobre los rayos cósmicos. En 1935, mientras trabajaba con la cámara de niebla en Pike`s Peak en Colorado, observó una nueva trayectoria cuya curvatura era menor que la de un electrón y mayor que la de un protón. La interpretación más directa de la trayectoria era que pertenecía a una partícula de masa intermedia y de un tipo que Yukawa había descubierto teóricamente poco tiempo antes. La partícula observada resultó tener una masa 130 veces mayor que la de un electrón y, por lo tanto, sobre un cuarto de la del protón.

         Anderson propuso el nombre de mesotrón, que fue aceptado, aunque rápidamente fue acortado convirtiéndose en mesón.

         Tanto el positrón como el mesón, formados gracias a la superabundancia de energía asociada con las partículas de los rayos cósmicos, poseen realmente una vida muy corta. El positrón reacciona con el primer electrón          que se encuentra y los dos se anulan respectivamente, por decirlo así, con la consiguiente destrucción de materia y el desprendimiento de la cantidad de energía equivalente, dando lugar a la creación de un par de rayos gamma. La transformación coincide exactamente con la predicha por la famosa ecuación de Einstein, E=mc2. Posteriormente se descubrió, gracias a Blackett, que el proceso se podía revertir, es decir, los rayos gamma se podían convertir en un par electrón-positrón mediante la destrucción de energía y la creación de masa.

         En cuanto al mesón, que se desintegraba en cuestión de millonésimas de segundo, había que considerar un mesón positivamente cargado que se desintegraba para dar lugar a positrones y neutrinos, mientras que uno cargado negativamente se desintegraba produciendo electrones y neutrinos.

         Anderson recibió el premio Nobel de física en 1936 por sus descubrimientos, compartiéndolo con Hess, cuyos descubrimientos sobre los rayos cósmicos estaban estrechamente relacionados con los trabajos de Anderson.

         En 1963 se descubrió que los neutrinos formados en asociación con los mesones de Anderson no eran exactamente iguales a los asociados con el electrón. Por tanto la misteriosa partícula predicha por primera vez por Pauli resultó que existía bajo dos formas y puesto que cada una de ellas estaba asociada con cada una de las antipartículas de Dirac tenían que existir también dos antineutrinos diferentes –en conjunto eran cuatro las partículas sin carga y sin masa.

         Por un lado el mesón de Anderson resultó ser un desengaño. No interactuaba directamente con los núcleos atómicos y si era realmente la partícula de masa intermedia que predijo Yukawa debería interactuar. Sin embargo, durante la década siguiente, Powell descubrió un mesón de masa ligeramente mayor, que pudo probarse que se trataba de la partícula de Yukawa. El mesón de Anderson se demostró en 1961 que era realmente un duplicado del electrón en cada una de las propiedades salvo en la masa, es decir, no era más que un electrón muy pesado.