PAUL ADRIEN MAURICE DIRAC

Nobel Física-1933

         Dirac estudió ingeniería eléctrica en la Universidad de Bristol, pero cambio de idea, dedicándose a las matemáticas después de graduarse. Obtuvo su doctorado en la Universidad de Cambridge en 1926, haciendo de si mismo un físico-matemático. Por el año 1932 fue profesor Lucasiano de matemáticas en Cambridge (el antiguo puesto de Newton).

         Al final de los años veinte Dirac, igual que Schrödinger, desarrollo de manera más precisa los estudios matemáticos comenzados por De Broglie, mediante los cuales se explicaba como las partículas, particularmente los electrones, tenían propiedades ondulatorias.

         Ciertas ecuaciones propuestas por Dirac indicaban que un electrón podía tener dos tipos diferentes de estados energéticos, uno positivo y otro negativo. Esta idea se podía aplicar a la carga eléctrica. Puesto que el electrón estaba cargado negativamente, debería existir una partícula similar positivamente cargada.

         Naturalmente, la primera idea que surgió a causa de todo esto era que la otra partícula sería el protón. Sin embargo, a pesar de que el protón poseía carga positiva de igual magnitud a la carga negativa del electrón, no tenía nada que ver con este, entre otras, por la razón de que su masa era unas 1836 veces mayor.

         En 1930 Dirac sugirió que debería existir una partícula positiva gemela al electrón (partícula que tuviera la carga positiva de un protón, pero cuya masa fuera exactamente igual que la del electrón). Naturalmente la misma ecuación servía para el caso del protón, de modo que se postulaba la existencia de una partícula cuya carga fuera negativa, igual que la del electrón, y cuya masa fuera la del protón. (Oppenheimer contribuyó de manera importante en esta idea.)

         Dichas partículas con carga opuesta se llamaron anti-partículas. A pesar de que la teoría de Dirac parecía extravagante, cuando se publicó por primera vez, fue rápidamente confirmada por Anderson, cuyo descubrimiento del anti-electrón (más conocido con el nombre de positrón) fue realizado dos años más tarde.

         Para que se descubriera el anti-potrón, tuvo que transcurrir un cuarto de siglo más, pero finalmente Segrè lo detectó. Posteriormente se han descubierto multitud de partículas, que no se conocían en 1930, con sus correspondientes anti-partículas y los trabajos de Dirac se han defendido con todo respeto.

         Por su trabajo en mecánica ondulatoria y por su teoría de las  antipartículas, Dirac compartió el premio Nobel de física de 1933 con Schrödinger. En 1940 aceptó el puesto de profesor del Dublín Institute for Advanced Studies.

JOHN TYNDALL

         La educación de Tyndall fue algo accidentada. Después de estudiar por algún tiempo, fue empleado civil y después maquinista del ferrocarril. Sin embargo, tenía una gran tendencia hacia la ciencia, leía ampliamente y asistía a todas las conferencias que podía, finalmente entró en la Universidad de Marburgo en Alemania, donde estudio la química que enseñaba Bunsen, obtuvo su título de doctor en 1851. En 1952 le eligieron para la Royal Society.

         Le nombraron profesor de filosofía natural en la Royal Institution (Real Instituto de Londres) en 1854 y durante una década fue colega de Faraday, a quien admiraba profundamente, y que a la muerte de este le sucedió en el puesto.

         El trabajo más importante de la vida profesional de Tyndall estaba relacionado con la forma en que los gases conducen el calor, pero se le conoce más por el análisis de cómo se comporta un rayo de luz que pasa a través de una solución. Si el rayo de luz atraviesa agua pura o una solución del tipo de sustancia que Graham llamó cristaloide, la luz no tenía interferencias. Su paso por el agua o por la solución, examinado desde el borde, no podía verse.

         Pero si el rayo de luz pasaba a través de una solución de un coloide, las partículas de éste eran lo bastante grandes para dispersarlo. Alguna luz rebotaba sobre las partículas en todas las direcciones y si se contemplaba desde el borde se hacía pronto visible. La investigación de Tyndall sobre este fenómeno en 1869 le condujo al renombrado, desde entonces, <Efecto Tyndall>. Una generación posterior Zsigmondy crearía el ultramicroscopio basándose en él.

         Rayleigh pudo demostrar que la luz se dispersaba inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda. En otras palabras, un rayo de luz violeta, con la mitas de longitud de onda que un rayo de luz roja, se dispersaría unas 16 veces la cantidad con que lo haría la luz roja.

         Tyndall pudo utilizar este fenómeno para explicar el color azul del cielo. La luz del Sol se dispersa por las partículas de polvo (de tamaño coloidal) presentes siempre en la atmósfera. Es esta dispersión la que hace que en la sombra se tenga la suficiente luz para leer, por ejemplo. En un mundo como la Luna, que carece de atmósfera, las sombras son totalmente negras. En la Tierra, la luz del Sol se dispersa al atravesar la atmósfera, y son las ondas del azul, el final del espectro visible, las que más se dispersan y debido a ello el cielo de día es azul.

         Cuando la luz del Sol pasa a través de una atmósfera más espesa, o más cantidad de ella (en los atardeceres), longitudes de onda más largas se van dispersando también en mayor cantidad. Llegando a un punto en el cual el Sol solo se ve por la luz no dispersada del otro extremo del espectro, y se acaba viendo como anaranjado o rojo.

         Tyndall demostró también que algo del polvo atmosférico portaba microorganismos, cosa que explicaba por qué en los caldos de cultivo se desarrollaban estas formas de vida. Fue esto lo que despistó a tantos científicos, durante tanto tiempo, como para aceptar la generación espontánea de determinadas formas de vida. Pasteur impediría la infección de sus caldos de cultivo con el sencillo hecho de mantener el polvo alejado de ellos.

         Tyndall fue más famoso en su época por popularizar la ciencia, que como científico. Fue el primero en presentar, para destrucción popular, la teoría del calor como vibración molecular, según un nuevo descubrimiento de Maxwell. Todo esto lo contenía su libro Heat as a Mode of Motion (El calor como una forma de movimiento), publicado en 1863 y del cual se hicieron varias ediciones. También popularizó la ley de Helmholtz regerente a la conservación de la energía.

         Siguieron otros libros de ciencia popular que trataban del agua, luz y polvo del aire.

         Entre 1872 y 1873 se fue a los Estados Unidos donde estuvo impartiendo una serie de conferencias que tuvieron mucho éxito. Donó sus ganancias, de estas conferencias, a un fondo para el beneficio y progreso de la ciencia americana.

WERNER KARL HEISENBERG

Nobel Física-1932

         El padre de Heisenberg era un estudiante de humanidades que se hizo profesor, especializándose en historia bizantina, pero él centró su interés en el campo de la ciencia. En la Universidad de Munich estudió con Sommerfeld, obteniendo su doctorado en 1923. Trabajo como ayudante de Born en Gotinga y con Bohr en Copenhague.

         Después de haber trabajado con Boro y con Sommerfeld habría sido absurdo si Heisenberg no se hubiera interesado por el modelo atómico de ambos científicos. Otros físicos como De Broglie y Schrödinger estaban también interesados por la misma cuestión y trataban de presentar un modelo atómico más sutil que el ofrecido por Bohr, considerando a los electrones como ondas, en lugar de cómo simples partículas.

         Sin embargo, Heisenberg abandonó todo intento de concebir imágenes. Creía que uno debía relegarse a los fenómenos observables y no a las figuras imaginarias, y en ello siguió la línea de pensamiento de Mach, de medio siglo antes.

         Los modelos atómicos concebidos por Bohr y por otros científicos intentaban explicar la posición de las líneas espectrales. ¿Por qué no se podía empezar estudiando dichas líneas e inventar una relación matemática que las explicara? Esto fue lo que hizo Heisenberg en 1927, utilizando el álgebra matricial en un sistema que llamó mecánica matricial y que consistía en un conjunto de cantidades que, correctamente manejadas, daban las longitudes de onda de las líneas espectrales. Sin embargo, este sistema era equivalente al de la mecánica ondulatoria de Schrödinger, anunciada solo unos cuantos meses después (como posteriormente lo demostraría Von Neumann). Los físicos se encontraron mucho más cómodos con el último sistema, que permitía cierta visualización.

         Los estudios de Heisenberg sobre teoría nuclear le condujeron a predecir que la molécula de hidrógeno podía existir en dos formas: orto-hidrógeno, en el cual los núcleos de los dos átomos giraban en la misma dirección, y para-hidrógeno, en el cual giraban en direcciones opuestas. Esta teoría se confirmó en 1929 y ayudo a concebir métodos de frenar la cantidad de evaporación de hidrógeno líquido, fenómeno importante cuando fueron necesarias grandes cantidades de dicho hidrógeno líquido como combustible de los cohetes, una generación después.

         Todavía más sorprendente fue la enunciación de otra deducción en 1927, la del principio de la indeterminación (Principio de Incertidumbre) que establece que es imposible realizar una determinación exacta y simultánea de la posición y del momento (masa, tiempo, velocidad) de un cuerpo. Cuanto más exacta fuera una medida menos exacta sería la otra. Las indeterminaciones de ambas medidas, al multiplicarlas, conducirían a un valor aproximadamente igual al de la constante de Planck.

         Esta teoría debilitó el efecto de la ley de causa y efecto que, excepto para muy pocos filósofos científicos, había supuesto un punto incuestionable y fuera de todo estudio desde la época de Tales y los filósofos jónicos. El Principio de Incertidumbre de Heisenberg destruyó la filosofía puramente determinista del universo. Laplace había mantenido que la historia completa del universo, pasado y futuro, se podía calcular si se conocía la posición y la velocidad de cada una de las partículas en cada instante del tiempo y estas dos piezas de información eran precisamente las que Heisenberg suponía que no se podrían conocer simultáneamente en un intervalo de tiempo dado. Incluso Einstein, el pensador revolucionario, no estaba cómodo dentro de esta nueva manera de afrontar el universo.

         Heisenberg recibió el premio Nobel de física en 1932 por la enunciación del Principio de Incertidumbre.

         Después del descubrimiento del neutrón, llevado a cabo por Chawick en 1932, Heisenberg puntualizó inmediatamente que desde un punto de vista teórico un núcleo que consistiera en protones y neutrones era mucho más satisfactorio que otro que consistiera (como se había pensado durante más de una década) en protones y electrones. Mantuvo que los protones y los neutrones se mantendrían unidos en los estrechos confines del núcleo mediante fuerzas de intercambio. Sin embargo, en lo que consistían dichas fuerzas no se conoció hasta que Yukawa abordó el problema.

         Durante la Segunda Guerra Mundial, Heisenberg se encargó de la investigación alemana sobre la bomba atómica, pero antes de que lograra tal propósito finalizó la guerra. Heisenberg era director del Instituto Max Planck en Berlín, pero después de la guerra se marchó a Alemania Occidental y fue nombrado director del Instituto Max Planck de Gotinga.

FRANÇOIS AUGUSTE VICTOR GRIGNARD

Nobel Química-1912

         Grignard ganó varios premios de joven por sus estudios, y cuando comenzó a asistir a la Universidad de Lyon se dedicó al estudio de las matemáticas. Finalmente obtuvo su título en dicha materia, aunque se dio cuenta de que no le interesaba especialmente. En un principio tenía una mala opinión de la química, pero gracias a un contacto casual, que le llevó a trabajar en un laboratorio químico, le hizo cambiar rápidamente de opinión y las matemáticas tuvieron que prescindir de él. Ni siquiera se dedicó a la química-física, donde las matemáticas pudieran haberle sido útiles, sino que se metió de lleno en el estudio de la química orgánica para la que , en aquellos días, las matemáticas eran una disciplina no necesaria, incluso extraña.

         Grignard se embarcó en la realización de una serie de experimentos mediante los cuales trataba de adicionar un grupo metilo (que consiste en un átomo de carbono y tres átomos de hidrógeno) a una molécula. El problema era encontrar el catalizador adecuado. Las virutas de cinc servían en algunos casos pero no precisamente en el que él estaba trabajando. El magnesio parecía tener algunas posibilidades, pero los resultados eran irregulares e inseguros. Frankland había preparado combinaciones de cinc con compuestos orgánicos usando éter dietilado como disolvente, y Grignard se preguntó si podría hacer lo mismo con magnesio y si los compuestos resultantes podrían ser útiles. Fue un afortunado golpe de intuición, puesto que el cambio dio resultado. Más adelante este descubrimiento resultó ser enormemente elástico, y el magnesio y el éter en combinación con cierto número de compuestos produjeron toda una serie de lo que se dio en llamar <Reactivos Grignard >. De esta manera se añadía una nueva herramienta muy poderosa a la química de síntesis.

         Los reactivos Grignard fueron anunciados por primera vez en 1900, y en 1901 Grignard presentó el trabajo para su tesis doctoral. Durante mucho tiempo, muchos químicos, incluso el propio Grignard, investigaron con y sobre los reactivos en todas direcciones. Después de cinco años, doscientos trabajos habían sido publicados sobre la materia.

         Se considero de tal utilidad el descubrimiento de los reactivos que Grignard fue galardonado con el premio Nobel de química de 1912, compartiéndolo con Sabatier.

         Cuando estalló la Primera Guerra Mundial Grignard fue llamado a filas para ocupar el puesto de cabo, pero de inmediato se le destinó a trabajos químicos para la guerra. Descubrió métodos para preparar fosgeno, un gas venenoso, y para detectar las primeras trazas de gas mostaza, otro gas venenoso.

         Después de la guerra Grignard volvió a dedicarse a la investigación, pacífica, en química orgánica.

BENJAMIN FRANKLIN

         Benjamín Franklin, hijo número quince de una familia de diecisiete hermanos, fue escritor, impresor, político, diplomático y científico. Fue un fenómeno del Nuevo Mundo en el siglo XVIII. Fue el único americano de la época colonial que alcanzó fama en Europa. Para los americanos, del norte, su reconocimiento fundamental es por ser uno de los fundadores de la nación, para los europeos, por lo menos en aquella época, lo fue por la de ser un extraordinario filósofo natural.

         Su ingenuidad se pone de relieve en muchos de sus inventos, como por ejemplo, la estufa que mejoró y las gafas bifocales. Sin embargo alcanzó sus mayores éxitos en el campo de la electricidad.

         La electricidad estática se había convertido en algo fascinante en el siglo XVIII, desde que Guericke fabricara la primera máquina de electricidad. En 1745 y en la Universidad de Leyden se inventó un artificio que consistía en un vaso de cristal forrado interiormente de metal y metido dentro de él una varilla, en la que se pinchaba un corcho. Esto podía almacenar grandes cantidades de carga eléctrica estática que se le suministraba de una máquina en que la carga se producía por forzamiento.  El vaso de Leyden se podía descargar al acercar la mano a la varilla central y si ésta había acumulado bastante carga, el que ponía la mano recibía una descarga que no olvidaba fácilmente. Si el vaso se acercaba a algún metal, una chispa minúscula cruzaba el aire acompañada de un crujido.

         Muchos científicos experimentaban con los vasos de Leyden, y Franklin entre ellos. Observó la chispa luminosa y el crujido y consideró la posibilidad de que fueran diminutos rayos y truenos. Acaso, viéndolo desde otro punto de vista, ¿no podían ser los majestuosos rayos y truenos del cielo un intercambio de electricidad entre la Tierra y el cielo que hacía de partes de un gigantesco vaso de Leyden?

         Benjamín Franklin decidió probar un experimento, el cual le haría inmortal, de una manera espectacular. Hizo volar una cometa durante una tormenta, en 1752, que tenía un alambre de punta en su extremo superior, la enganchó con hilo de seda que se cargaría con la electricidad que hubiera por arriba, suponiendo que la hubiera por alguna parte.

         En plena tormenta, Franklin acercó la mano a la llave (metálica), a la que estaba atado el hilo de seda y saltó una chispa del mismo modo que ocurría en el vaso de Leyden. Además, pudo cargar un vaso de Leyden a partir de la llave del mismo modo que lo cargaba con una máquina de electricidad de frotamiento de las hechas por el hombre. La cometa de Franklin <electrizó> el mundo científico y por ello le hicieron miembro de la Royal Society.

         Franklin tuvo una gran suerte, dado el peligro que representaba su experimento, prueba de ello son las dos víctimas que causó en los dos científicos que intentaron emularle y realizar su experimento inmediatamente después que él. (Sin embargo, por esta misma época, Canton trabajando en experimentos no peligrosos sacó otra conclusión más sutil en relación con el cielo y la electricidad.)

         Franklin sacó, en seguida, consecuencias prácticas de su experimento. Ya en 1747 observó que el vaso de Leyden se descargaba mucho más rápidamente y a través de mayores espacios de aire si se acercaba metálico y puntiagudo. Parecía que esta punta atraía a la electricidad, por lo que sugirió que se debían colocar en los techos de las casas varillas con punta de metal que se conectaran a tierra. Tales objetos descargarían las nubes rápidamente, con lo que se alejaba y/o reducía el peligro sobre los edificios. Se probó, sin duda, su eficacia y en 1782 había ya 400 de estas varillas en Filadelfia.

         Cuando un cuarto de siglo más tarde, ya anciano, Franklin representó a los recién creados Estados Unidos ante los mandatarios franceses, estando su país en la guerra revolucionaria, probó ser el hombre idóneo para dicho cargo. La sociedad cultural francesa, así como las autoridades, cayeron rendidos a los pies del hombre que había domado los rayos de los cielos, haciéndolos caer bajo tierra. ¿Cuánto del nacimiento afortunado de los Estados Unidos se puede deber al vuelo de una cometa en una tarde de tormenta?

         Franklin también prestó un inestimable servicio teórico a la ciencia de la electricidad por un hecho accidental también. Se sabía de la existencia de dos clases de carga eléctrica. Dos varillas de ámbar se repelían si se frotaban y electrificaban, de la misma manera que lo hacían dos varillas de vidrio. Sin embargo, una varilla de ámbar electrificada atraía a una de vidrio también electrificada. Parecía ser el caso de <opuestos se atraen y semejantes se repelen> como en magnetismo, donde el polo norte de un imán atrae al polo sur de otro, mientras que los polos norte de dos imanes se repelen entre sí, como igualmente lo hacen los dos polos sur en las mismas circunstancias.

         Franklin se explicó esto considerando la electricidad como un fluido sutil que se podía presentar en exceso o en defecto. Así, un objeto con un exceso atraería a otro con defecto (a través del aire y acompañado de rayos y truenos) y ambas electrificaciones de neutralizaban.

         Franklin sugirió que el exceso del fluido se debía llamar electricidad positiva y el defecto, negativa.

         Siglo y medio después de Franklin se asoció la electricidad con las partículas subatómicas, en particular con el electrón, descubierto por J. J. Thomson. En todo caso si la electricidad estática se consideraba como un defecto o exceso de electrones, la situación era exactamente igual a la propuesta por Franklin.

         Desgraciadamente, los objetos que Franklin consideró con exceso de electricidad, en la actualidad se sabe que contienen un defecto de electrones (tiró la moneda al aire y no acertó). El electricista de hoy en día al montar sus circuitos, asume que la corriente eléctrica va desde el borne positivo al negativo, pero los físicos saben que los electrones fluyen al revés. No tiene importancia cuál de las dos convenciones se siga, con tal de que el que monta los circuitos siga siempre la misma y se tenga en cuenta para determinados componentes sensibles al sentido de la corriente.

         La mente afanosa de Franklin se preocupó de otros problemas también. Trabajó (todo lo bien que pudo) sobre el curso de las tormentas en el continente americano (en el norte) y fue el primero que estudió la corriente de agua cálida que va por el Atlántico norte y que hoy llamamos Corriente del Golfo.

         En el año 1900, Franklin recibió un merecido homenaje y, fue seleccionado como uno de los miembros, de los primeros, de honor de la Galería de la Fama para grandes americanos.

CONFERENCIAS PLANETARIO DE MADRID

Planetario de Madrid

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CHANDRASEKHARA RAMAN

Nobel Física-1930

         Raman estudió y enseñó siempre en la India. Después del descubrimiento del Efecto Compton, Heisenberg había predicho en 1925 que se podía encontrar un efecto similar producido por la luz visible. Raman había estado ya investigando la dispersión de la luz, llegando a la misma conclusión incluso antes de que Heisenberg lanzara su sugerencia y antes también de los trabajos de Compton. En 1928 demostró definitivamente que la luz dispersa tenía componentes débiles de longitud de onda dinámica, de modo que los fotones de la luz visible, como los de los rayos X, poseían propiedades corpusculares.

         Posteriormente demostró que las longitudes de onda exactas producidas por la dispersión dependían de la naturaleza de las moléculas responsables de dicha dispersión. Por esta razón, los Espectros Raman resultaron ser más útiles para determinar alguno de los detalles precisos de la estructura molecular.

         Como resultado de estos trabajos y este descubrimiento Raman fue condecorado en 1929 por el gobierno británico y en 1930 recibió el premio Nobel de física. Fue el primer asiático que gano un premio Nobel de ciencias.

         En 1947 fue nombrado director del Raman Research Institute en Bangalore, en la India.