WALTER HERMANN NERNST

Nobel Química-1920

         Nernst obtuvo su doctorado con grado máximo en 1887. A los veinticinco años hizo su primer trabajo importante en química-física, cuando aplicó, en 1889, los principios termodinámicos a la pila eléctrica que Volta había inventado casi un siglo antes, de este modo dio una explicación razonada del potencial eléctrico que producía. Consiguió una ecuación, que generalmente se conoce con su nombre, en que relacionaba el potencial con varias propiedades de la pila. Con el paso del tiempo estas explicaciones se fueron sustituyendo por otras mejores, pero su ecuación todavía es válida y útil.

         En 1891 le nombraron profesor de química-física de Gotinga, en donde trabajó en un libro de texto de química teórica, basado en la noción que tenían de la termodinámica hombres como Ostwald, que se publicó en 1893.

         En ese mismo año explicó la ionización de los compuestos del agua, problema que había confundido a los que se habían opuesto a las teorías de Arrhenius diez años antes. Nernst señaló que el agua tiene una constante dieléctrica alta, es decir, es aislante eléctricamente, por eso es difícil para los iones cargados positiva y negativamente atraerse entre las moléculas aislantes del agua. Ya no se adhieren con tanta fuerza como lo hacían en los compuestos puros y en las soluciones acuosas se separan. Los iones separados pueden transportar una corriente eléctrica. En un disolvente de una constante dieléctrica más baja, los iones se unen y no se realiza la ionización. J.J. Thomson sugirió la misma idea independientemente, por lo que ahora se llama regla de Nernst-Thomson.

         En 1905 nombraron profesor a Nernst, de química en la Universidad de Berlín y un año más tarde dio a conocer su descubrimiento más importante, que por regla general se conoce como tercera ley de la termodinámica. En las proximidades del cero absoluto, la variación de la energía de los cuerpos, relacionada con la variación de temperatura, tiende a cero. De esto se deducía la imposibilidad de alcanzar el cero absoluto. Se puede llegar tan cerca como lo permita la paciencia, el gasto, el equipo, etc. (se obtuvieron temperaturas de solo una millonésima de grado sobre el cero absoluto), pero la temperatura final nunca se alcanzó.

         Por estos trabajos, Nernst se vio recompensado con el premio Nobel de química de 1920.

         Esta tercera ley de la termodinámica la planteó de una forma mucho más simple Planck en 1911. Lewis señaló que la ley solo se cumplía para sustancias en estado cristalino, cosa que demostró experimentalmente Giauque.

         En 1918 Nernst explicó cómo explotaban el hidrógeno y el cloro expuestos a la luz. La energía luminosa rompía la molécula de cloro en dos átomos. El átomo de cloro (con un poder mucho más grande de reacción que la molécula) reaccionaba con la molécula de hidrógeno para formar ácido clorhídrico y un átomo de hidrógeno, este átomo de hidrógeno reaccionaba a su vez con otra molécula de cloro y lo que quedaba libre era nuevamente otro átomo de cloro, estos procesos se iban sucediendo. Con la escisión molecular inicial, la reacción podía continuar de diez mil a un millón de etapas seguidas. De este modo la luz originaba reacciones en cadena, muy útiles para explicar otra, como las que producían los polímeros (moléculas de cadenas largas).

         Hahn, Meitner y otros encontraron otro tipo de reacciones en cadena, que dieron lugar a las explosiones nucleares de un efecto mucho más devastador que cualquier otra explosión química.

         Nernst fue también un inventor que tuvo invariablemente mala suerte. Su invento más notable fue una lámpara hecha de cerámica que podía calentarse hasta la incandescencia con una corriente bastante débil, sin embargo, tenía algunas desventajas y no se podía comparar con la de Edison. También inventó un piano eléctrico, que no tuvo el éxito que esperaba su creador.

         Durante toda su vida mantuvo una actitud de  inventor respecto a la ciencia. Opinaba que Roentgen debió haber patentado los rayos X que descubrió, para sacar dinero de ellos (cosa que nunca se le ocurrió al propio Roentgen).

ERNST MACH

         Mach estudió física y se licenció de doctor en la Universidad de Viena en 1860. Le influenció mucho la psicofísica de Fechner. Al considerar el la físico de la sensación, como requería la psicofísica, creó la noción, en 1872, que todo el saber era un asunto de sensación.

         Era un filósofo de la ciencia, en la época en que la confianza científica había alcanzado su  cima. Después de Newton parecía que los científicos podían explicar todo, basándose en la mecánica, y casi se podían considerar las leyes de la naturaleza con existencia propia,

         Mach insistió en que las leyes de la naturaleza eran simplemente generalizaciones hechas por el hombre, conveniencias inventadas, para proteger innumerables observaciones, pero eran solo estas observaciones en si las que tenían realidad, siempre que llegásemos a aceptar la validez de la sensación.

         Se opuso vigorosamente al uso de objetos invisibles e insensibles para explicar fenómenos físicos, oponiéndose en particular a la teoría atómica. El calor que fluía era un hecho perceptible y las leyes de la termodinámica eran interpretaciones de tales hechos. En su punto de vista esto era claro y no se necesitaba ir más lejos. Utilizar diminutas bolas de billar para explicar hechos visibles, como el comportamiento de los gases, o el fluir del calor, como hacía Maxwell, le parecía que era introducir algo que no se podía percibir y por lo tanto místico.

         Se opuso también a la idea de que el espacio y el tiempo eran algo más que generalizaciones hechas de la observación. Las propiedades del espacio no tenían existencia independiente, sino que dependían del contenido de masa y su distribución (a esto se le llama todavía principio de Mach). Además, lo que llamamos tiempo era simplemente la comparación de una sucesión de movimientos con otro patrón. (Las agujas del reloj, por ejemplo.)

         La filosofía de Mach no la acogieron con entusiasmo en su época. Los atomistas ya tenían su sitio y a medida que pasaron los años su influencia y crédito se fue fortaleciendo cada vez más. Gracias al trabajo de Einstein  y Perrin al principio de siglo, los átomos, más que nunca, tomaban existencia concreta y aun un partidario de Mach como Ostwald tuvo que confesarse a sí mismo que los átomos eran reales. Sin embargo, algo de la filosofía de Mach, sobre todo su principio, iba a influir en Einstein. Además, si los átomos se aceptaban ahora por todos los científicos, el punto de vista de Mach prevaleció pues finalmente no eran las bolas de billar en que se habían esquematizado durante el siglo XIX. Es imposible hacer analogías mecánicas a nivel atómico y los hombres de ciencia se han visto forzados a aceptar las expresiones matemáticas para simbolizar a los átomos, sin hacer ningún intento de búsqueda de alguna analogía con algún objeto del mundo ordinario.

         Por lo que más se conoce a Mach es por sus experimentos, con y, en el aire en movimiento. Fue el primero que notó el cambio que experimentaba un objeto movible cuando alcanzaba la velocidad del sonido. Por estos experimentos y descubrimientos, la velocidad del sonido en el aire, bajo determinadas condiciones de temperatura, se llama <Mach 1>. Dos veces la velocidad del sonido, Mach 2 y así sucesivamente.

         En esta época de viajes supersónicos, los números de Mach llenan los artículos periodísticos, pero muy pocos de los que escriben y menos entre quienes lo leen saben de donde viene el nombre de Mach.

         En sus últimos años, Mach no aceptó la Teoría de la Relatividad de Einstein, aunque esta teoría contenía muchas de sus propias ideas.

PERCY WILLIAMS BRIDGMAN

Nobel Física-1946

        La vida científica de Bridgman esta enteramente ligada a Harvard. Después de estudiar en las escuelas públicas de Newton, Massachussets, entró en Harvard en 1900, obteniendo allí sucesivos títulos hasta llegar al doctorado en 1908. Inmediatamente después de obtener su doctorado entró a formar parte del claustro de la universidad, ocupando una cátedra en 1913, donde permaneció hasta que se retiró en 1954.

         A pesar de que todavía no había obtenido su doctorado, Bridgman estaba ya trabajando en el campo de las altas presiones. En 1905 el equipo con el cual estaba trabajando falló en el intento de utilizar las presiones que Bridgman se proponía aplicar a cierto experimento y, por  tanto, volvió su atención al diseño de un equipo que no fallara. En los aparatos primitivos el error estaba localizado en los cierres de las juntas, que normalmente se daban de si.

         Bridgman diseñó un nuevo aparato con cierres que se apretaran más fuertemente a medida que la presión aumentaba. De manera que la resistencia permisible sería la del propio material con el que se construyera el aparato y no por los cierres o juntas. Casi inmediatamente consiguió una presión de 20.000 atmósferas.

         Usando materiales más resistentes y aumentando la presión del recipiente desde el exterior, continuó obteniendo presiones cada vez más altas. A través del uso de estas altas presiones fue capaz de estudiar nuevas formas de sólidos. Esto tenía valor no solo por si mismo, sino también por la luz que arrojó al conocimiento de las sustancias de los procesos en el interior de la Tierra.

         Por su trabajo Bridgman recibió el premio Nobel de física en 1946.

         En 1955 se anunció una dramática consecuencia cuando, siendo Bridgman consultor, los investigadores de la General Electric fueron capaces de formar diamantes sintéticos usando una combinación de alta presión y alta temperatura.

         Bridgman fue un importante filósofo de la ciencia y además de su gran éxito como científico hay que sumarle la publicación de diversos e interesantes libros sobre la naturaleza de la física.

ALESSANDRO VOLTA

         Volta no fue ni mucho menos un niño prodigio. No aprendió a hablar hasta los cuatro años y su familia estaba convencida de que sufría de algún retraso mental. Sin embargo, a los siete años ya estaba a la altura de los de su edad y a partir de entonces empezó a destacarse.

         Volta se interesó por el fenómeno de la época, la electricidad. Interés despertado por las nuevas teorías sobre la electricidad emitidas por Priestley. En 1774 fue elegido profesor de física del Colegio Superior de cómo y al año siguiente inventó el electróforo, aparato que describió en una carta a Priestley. Este aparato consistía en un disco metálico cubierto de ebonita y otro disco también metálico con un asa aislada eléctricamente. El disco de ebonita se frota, con lo que adquiere carga eléctrica negativa. Si se coloca encima el disco metálico, aparece en la superficie inferior de éste carga eléctrica positiva y en la superior negativa. Esta carga negativa de arriba puede llevarse a tierra y perderse y repitiendo el proceso podemos crear una gran carga en el disco que sostenemos con el asa. Este aparato acumulador de carga, sustituyó al vaso de Leyden y es el fundamento de los condensadores del siglo XX.La fama de Volta se difundió en seguida como resultado de todo esto. En 1779 se le asignó la cátedra de la Universidad de Pavía, donde continuó con sus trabajos sobre la electricidad. Inventó otros aparatos de electricidad estática y recibió la medalla Copley de la Royal Society en 1791, siendo más tarde elegido miembro de la propia sociedad. La mayor hazaña estuvo relacionada con la electricidad dinámica (corriente eléctrica) a la vez que con la estática. Siguió los experimentos de Galvani al día, y se planteó el problema de si la corriente eléctrica que aparecía al contacto de dos piezas metálicas con el músculo, tenía su origen en el músculo o en las piezas metálicas. Para comprobarlo decidió en 1794 hacer uso de los metales sin intervención del músculo y vio que al momento se establecía una corriente eléctrica, por lo que dedujo que no tenía nada que ver con los tejidos o casa vital alguna. Esto entabló controversias entre los dos italianos (y entre la comunidad científica internacional en general), situándose el alemán Humboldt a la cabeza de los seguidores de Galvani y el francés Coulomb a la cabeza de los de Volta. Con el paso del tiempo el peso de la evidencia se inclinó más y más hacia Volta, y Galvani finalmente murió amargado.

         En 1800, Volta afianzó su victoria inventando aparatos que producían un flujo de corriente eléctrica. Utilizó recipientes con una solución salina, conectados por arcos metálicos, una de cuyas puntas se metía en un recipiente y la otra en el siguiente, siendo de cobre un extremo del arco y de estaño o cinc el otro. Como cualquier grupo de objetos similares que hacen un trabajo de unidad se llama batería, el invento de Volta era una “batería eléctrica”, la primera de la historia. Volta redujo complicaciones de tamaño y de molestias originadas por las soluciones. Utilizó pequeños discos redondos de cobre y cinc y otros de carbón impregnado en la solución salina. Los colocaba unos sobre otros, empezando desde abajo, cinc, carbón, cobre, cinc, carbón… y así sucesivamente. Si se unía un alambre con la parte superior e inferior de esta “pila de Volta” lo atravesaba una corriente eléctrica al cerrarse el circuito. Al poco tiempo, esta pila empezó a tener un uso práctico gracias a Nicholson y condujo directamente a la asombrosa obra de Davy. El invento de la batería puso por las nubes el nombre de Volta, quien fue llamado por Napoleón en 1801 para que le hiciera una especie de demostración de sus experimentos. Recibió innumerables reconocimientos, medallas y condecoraciones, incluida la <Legión de Honor> e incluso le hicieron conde. Su mayor honor, sin embargo, reside en que la unidad de fuerza electromotriz (la fuerza que conduce la corriente eléctrica, diferencia de potencial) se llamó y se llama voltio. La energía de partículas cargadas en movimiento, física de partículas, producidas y/o estudiadas en los modernos centros de física fundamental y en los aceleradores se mide en la unidad de electrón-voltio. Un <billón>  de electrón-voltios se abrevia con el término <bev> y con motivo de ello los aceleradores de partículas iniciales, o desintegradores de átomos, se dieron por llamar <bevatrones>. En todas estas expresiones la <v> es en honor a Volta.

FRITZ HABER

Nobel Química-1918

         Haber falló en el intento de trabajar en el negocio de su padre, y, como Emil Fischer, se dio cuenta de que prefería la química. Estudió con Hofmann en la Universidad de Berlín, obteniendo su doctorado. Sin embargo, se sintió fuertemente atraído por la físico-química. Trabajó en electroquímica y en 1909 inventó un electrodo de cristal del tipo que se utiliza para medir la acidez de una solución detectando el potencial eléctrico producido a través de una pieza de cristal fino. Este es el método más común y conveniente para rápidas medidas de lo que Sörensen aquel mismo año empezó a llamar pH.

         Haber estaba también interesado en los procesos químicos de las llamas, como la del mechero Bunsen. (Parte de su educación había sido con Bunsen.) Fue el estudio de las reacciones gaseosas a alta temperatura el que le dio más fama.

         A principios del siglo veinte, uno de los problemas más acuciantes que preocupaban a los químicos era el encontrar un uso práctico para el nitrógeno atmosférico a gran escala. Los compuestos nitrogenados eran esenciales para fertilizantes y explosivos, pero la mejor fuente a gran escala de dichos compuestos eran los depósitos de nitrato del desierto al norte de Chile, demasiado alejados de los centros industriales del mundo. La atmósfera, en todas las partes del mundo, estaba compuesta de cuatro quintas partes de nitrógeno y constituiría una fuente de abastecimientos inagotable si alguien fuera capaz de encontrar el método para convertir el nitrógeno elemental en forma de compuesto nitrogenado de manera barata y a gran escala.

         Muy a principios de siglo, Haber investigó la posibilidad de combinar nitrógeno e hidrógeno sometiéndolos a presión para formar amoniaco, usando hierro como catalizador. El amoniaco podía entonces convertirse fácilmente en fertilizante o explosivo. En 1908 se convenció de que había conseguido algo y su trabajo fue considerado lo suficientemente importante como para darle la dirección del Instituto Kaise Wilhelm de fisicoquímica y electroquímica en 1911.

         Bosch desarrolló la síntesis de Haber como método práctico para fija nitrógeno, que en la Primera Guerra Mundial proporcionó un modo de salvar a las tropas alemanas. La marina británica cortó todas las importaciones de nitratos, y si dichas importaciones hubieran sido la única fuente de abastecimientos, se estimó que Alemania hubiera carecido de explosivos en 1916 y, por tanto, hubiera tenido que rendirse. Sin embargo, la atmósfera estaba a disposición de Alemania gracias a Haber y la maquina de guerra del Kaiser nunca se vio desprovista de municiones, luchando con ímpetu terrible durante dos años más.

         El año en el que las tropas alemanas fueron irremediablemente llevadas a la derrota, se galardonó a Haber, por el valor científico de sus investigaciones más que por la aplicación de las mismas en tiempo de guerra, con el premio Nobel de química de 1918.

         La síntesis de Haber no fue solo útil para la guerra. Usando la base del proceso, Bergius desarrolló métodos para formar compuestos orgánicos útiles a partir de carbón hidrogenado.

         Haber era un alemán enormemente patriótico (incluso chauvinista), que había trabajado incansablemente durante la Primera Guerra Mundial en gases bélicos, dirigiendo el primer uso de un gas venenoso (cloro) en 1915. Después de la guerra  intento pagar la enorme indemnización que había recaído sobre Alemania (que en cualquier caso nunca fue pagada) tratando de aislar el oro de las aguas del mar. En esto no tuvo éxito, en esto falló.

         En 1933 Hitler subió al poder  y Haber tuvo que afrontar un peligro inesperado. Se puede pensar que, después de lo mucho que hizo por Alemania y por las tropas alemanas durante la Primera Guerra Mundial, de haber organizado los ataques gaseosos y de haber trabajado durante años para pagar los daños ocasionados, se le debería considerar como el más alemán de los alemanes. Pero era judío, y, por tanto, fue obligado a abandonar su puesto por los mismos que, después de haber llevado a Alemania a la derrota en una guerra pese a los esfuerzos de Haber y otros como él, estaban destinados a llevarla, otra vez, a otra derrota aún mayor en una guerra mucho peor.

         Haber se marchó a Inglaterra, pero no pudo rehacer allí su vida. Posteriormente se fue a Suiza, para estar más cerca de Alemania, su tierra, y allí se murió meses más tarde, completamente desesperado.

WOLFGANG PAULI

Nobel Física-1945

         Pauli estudió bajo la supervisión de Sommerfeld en la Universidad de Munich y obtuvo su doctorado en el año 1921. Después de realizar trabajos de post-doctorado con Bohr en Copenhague entró a formar parte del profesorado de la Universidad de Hamburgo en 1923.

         En 1925 anunció su principio de exclusión. Sus profesores, Bohr y Sommerfeld habían estudiado los niveles energéticos de los electrones del átomo. Dichos niveles de podían expresar según números cuánticos que podían establecerse de acuerdo con ciertas reglas simples. En total formaban un conjunto de tres números cuánticos, y Pauli aunó la estructura admitiendo la inclusión de un cuarto. Este cuarto número cuántico se podía interpretar suponiendo que en un cierto nivel energético podían existir dos y solo dos electrones, uno girando en el sentido de las agujas del reloj y el otro en el sentido contrario.

         Una vez establecido este principio era posible situar a los electrones de los distintos elementos en capas y en subcapas. Si se admitía que las propiedades químicas de un elemento dependían del número de electrones de la capa más externa, se explicaba entonces el sistema periódico de Mendeleiev. Los distintos elementos situados en la primera columna (litio, sodio, potasio, rubidio, cesio) son todos químicamente similares, puesto que todos ellos tienen un único electrón en su capa más externa. Sin embargo, tienen diferente número de capas en total, de modo que tienen pesos atómicos distintos y varían en pequeños detalles químicos. A pesar de todo, en rasgos generales son similares, y lo mismo ocurre con el resto de las columnas del sistema periódico. Esto completaba la racionalización de dicho sistema que había empezado con el descubrimiento por parte de Moseley del número atómico.

         Por este importante descubrimiento Pauli recibió un reconocimiento bastante tardío, puesto que no recibió la recompensa del premio Nobel de física hasta el año 1945.

         Mientras tanto no se había quedado dormido. Durante los años veinte se había descubierto que los átomos que emitían partículas beta (electrones acelerados) lo hacían con menos energía de la debida. Aparentemente, parecía que cierta cantidad de energía se destruía de modo que habría que abandonar la ley de la conservación de la energía, cosa que los físicos no estaban dispuestos a hacer, a no ser que existieran evidencias abrumadoras (aunque Bohr estuvo a punto de hacerlo).

         En 1931 Pauli sugirió que cuando se emitía una partícula beta se emitía también otra partícula, sin carga y quizá sin masa, que era responsable de la energía que faltaba. Al año siguiente Fermi dio el nombre de neutrino, que en italiano quiere decir “pequeña cosa neutra”, a la partícula postulada por Pauli.

         El neutrino, sin carga y sin masa, era prácticamente imposible de detectar. Durante cerca de un cuarto de siglo fue el <fantasma> de una partícula u muchos científicos pensaron, preocupados, que se trataba simplemente de un <artilugio> para salvar la ley de conservación de la energía. En 1956 se pudo detectar finalmente el neutrino probando su existencia a través de experimentos muy elaborados, llevados a cabo en una estación nuclear /que no existía en 1931).

         Pauli vivió lo suficiente para ver que sus conjeturas pudieron probarse. El neutrino, a causa de su gran dispersión, puede tener efectos enormes. En 1962, por ejemplo, se propuso una nueva teoría que decía que las supernovas hacían explosión como consecuencia de las reacciones relacionadas con la formación del neutrino.

         Durante los años treinta, Pauli fue a menudo a los Estados Unidos y al llegar la guerra se quedó allí permanentemente, haciéndose ciudadano americano en 1946.

HANS GEIGER

         Geiger fue el principal ayudante de Rutherford en su trabajo sobre la dispersión de las partículas alfa, pero con la llegada de la Primera Guerra Mundial volvió a Alemania para servir en la artillería.

         Su nombre se hizo famoso en conexión con un invento para detectar partículas subatómicas energéticas, desarrollado en 1913. Se trata de un cilindro que contiene un gas, sometido a un potencial eléctrico muy alto, aunque no lo suficiente para vencer la resistencia del gas. Al entrar una partícula subatómica de alta energía, esta ioniza una molécula del gas. El ión correspondiente es atraído hacía el polo correspondiente con gran energía, y con motivo de las diversas colisiones, ioniza a su vez a otros átomos y moléculas, se produce un proceso en cascada. Rápidamente surge una <avalancha> de ionización que conduce una corriente eléctrica momentánea que se registra mediante un sonido de “clic”. Estos sonidos del <Contador Geiger> registran la entrada de partículas, con posterioridad fueron evolucionando y ya con sistemas electrónicos que las contaban de manera automática.

         En 1925 Geiger recibió el nombramiento de profesor en la Universidad de Kiel y en 1929 otro en la de Tubinga.