Principales personajes de la física Moderna.
Niels Bohr
Hijo de un profesor de fisiología, en el año 1911 se doctoró por la Universidad de Copenhague; durante sus estudios demostró unas exepcionales dotes para el deporte. En 1912 obtuvo una beca para ampliación de estudios en el extranjero, otorgada por la Fundación Carlsberg, y se trasladó al Reino Unido, donde colaboró con Joseph John Thompson, en Cambridge, y con Ernest Rutherford, en Manchester. Fruto de esta última cooperación fue la formulación del llamado «modelo atómico de Bohr», que, resultado de la combinación del modelo atómico del propio Rutherford y de los postulados de la teoría atómica de M. Planck, le condujo a postular un revolucionario modelo de la estructura íntima de la materia. Su enunciado entre otras cosas, le permitió calcular teóricamente la posición de las rayas del espectro de absorción correspondiente al hidrógeno (el elemento más simple), las cuales, al coincidir con las que con anterioridad se habían detectado mediante técnicas experimentales, confirmaron su teoría. El modelo de Rutherford se basaba en un núcleo con carga positiva alrededor del cual giraban cargas negativas; presentaba la desventaja de que las cargas negativas en movimiento debían radiar energía, lo cual lo haría inestable. Para mejorarlo, Bohr propuso un modelo atómico en el cual el átomo poseía un determinado número de órbitas estacionarias en las que los electrones no emitían energía; según este modelo, además, los electrones orbitan en torno del núcleo de tal manera que la fuerza centrífuga que actúa sobre ellos se equilibra exactamente con la atracción electrostática existente entre las cargas opuestas de núcleo y electrones; por último, los saltos de los electrones desde estados de mayor energía a otros de menor y viceversa suponen una emisión o, por el contrario, una absorción de energía (energía electromagnética).
En 1916 regresó a Copenhague, donde ocupó plaza de profesor en la universidad. En 1921, fue nombrado primer director del Instituto Nórdico de Física Teórica, que con el paso del tiempo sería más conocido como Instituto Niels Bohr, cargo que desempeñó hasta su muerte. En 1923, enunció el principio de correspondencia, que afirma, en esencia, que la mecánica cuántica debe tender a la física clásica en el caso de los fenómenos macroscópicos, es decir, cuando las constantes cuánticas son despreciables. Cinco años más tarde (1928) formuló el llamado principio de complementariedad de la mecánica cuántica, según el cual, los fotones y los electrones se comportan en ciertas ocasiones como ondas y en otras como partículas. Además, sus propiedades no pueden observarse de manera simultánea, si bien se complementan mutuamente y son necesarias para la correcta interpretación de los fenómenos. Esta concepción sería la base de la llamada Escuela de Copenhague de la mecánica cuántica. La ocupación de Dinamarca por los alemanes durante la Segunda Guerra Mundial lo obligó a exiliarse en 1943 en Suecia, a cuyas costas llegó a bordo de una barca de pesca, junto con su familia. Más tarde se trasladó a Estados Unidos, donde colaboró, hasta 1945, en el proceso de creación de la primera bomba atómica (Proyecto Manhattan) bajo el seudónimo de Nicholas Baker; su aportación al proyecto consistió en el llamado «modelo de la gota líquida», que permitió explicar los procesos de fusión nuclear. Concluida la contienda mundial regresó a Dinamarca y recuperó la medalla de oro que le fuera entregada con el Nobel de Física, en el año 1922, la cual había disuelto en ácido antes de abandonar su país. Recibió también el Premio Átomos para la Paz (1957), que le concedió la fundación Ford en reconocimiento a sus esfuerzos en favor de la utilización pacífica de la energía nuclear.
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Max Planck
(Kiel, actual Alemania, 1858-Gotinga, Alemania, 1947) Físico alemán.
Dotado de una extraordinaria capacidad para disciplinas tan dispares como las artes, las ciencias y las letras, se decantó finalmente por las ciencias puras, y siguió estudios de física en las universidades de Munich y Berlín; en ésta tuvo como profesores aHelmholtz y Kirchhoff. Tras doctorarse por la Universidad de Munich con una tesis acerca del segundo principio de latermodinámica (1879), fue sucesivamente profesor en las universidades de Munich, Kiel (1885) y Berlín (1889), en la última de las cuales sucedió a su antiguo profesor, Kirchhoff. Enunció la ley de Wien (1896), aplicó el segundo principio de la termodinámica, formulando a su vez la ley de la radiación que lleva su nombre (ley de Planck, 1900). A lo largo del año 1900 logró deducir dicha ley de los principios fundamentales de la termodinámica, para lo cual partió de dos suposiciones: por un lado, la teoría de L. Boltzmann, según la cual el segundo principio de la termodinámica tiene carácter estadístico, y por otro, que el cuerpo negro absorbe la energía electromagnética en cantidades indivisibles elementales, a las que dio el nombre de quanta (cuantos). El valor de dichos cuantos debía ser igual a la frecuencia de las ondas multiplicada por una constante universal, la llamada constante de Planck. Este descubrimiento le permitió, además, deducir los valores de constantes como la de Boltzmann y el número de Avogadro. Ocupado en el estudio de la radiación del cuerpo negro, trató de describir todas sus características termodinámicas, e hizo intervenir, además de la energía, la entropía. Conforme a la opinión de L. Boltzmann de que no lograría obtener una solución satisfactoria para el equilibrio entre la materia y la radiación si no suponía una discontinuidad en los procesos de absorción y emisión, logró proponer la «fórmula de Planck», que representa con exactitud la distribución espectral de la energía para la radiación del llamado cuerpo negro. Para llegar a este resultado tuvo que admitir que los electrones no podían describir movimientos arbitrarios, sino tan sólo determinados movimientos privilegiados y, en consecuencia, que sus energías radiantes se emitían y se absorbían en cantidades finitas iguales, es decir, que estaban cuantificadas.
La hipótesis cuántica de Planck supuso una revolución en la física del siglo XX, e influyó tanto en Einstein (efecto fotoeléctrico) como en N. Bohr (modelo de átomo de Bohr). El primero concluyó, en 1905, que la única explicación válida para el llamado efecto fotoeléctrico consiste en suponer que en una radiación de frecuencia determinada la energía se concentra en corpúsculos (cuantos de luz, conocidos en la actualidad como fotones) cuyo valor es igual al producto de la constante de Planck por dicha frecuencia. A pesar de ello, tanto Planck como el propio Einstein fueron reacios a aceptar la interpretación probabilística de la mecánica cuántica (escuela de Copenhague). Sus trabajos fueron reconocidos en 1918 con la concesión del Premio Nobel de Física por la formulación de la hipótesis de los cuantos y de la ley de la radiación. Fue secretario de la Academia Prusiana de Ciencias (1912-1938) y presidente de la Kaiser Wilhelm Gesellschaft de Ciencias de Berlín (1930-1937) que, acabada la Segunda Guerra Mundial, adoptó el nombre de Sociedad Max Planck. Su vida privada estuvo presidida por la desgracia: contrajo nupcias en dos ocasiones, sus cuatro hijos murieron en circunstancias trágicas y su casa quedó arrasada en 1944 durante un bombardeo; recogido por las tropas estadounidenses, fue trasladado a Gotinga, donde residió hasta su muerte.
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Anders Celsius
(Uppsala, Suecia, 1701- 1744) Físico y astrónomo sueco.
Profesor de astronomíaen la Universidad de Uppsala (1730-1744). Supervisó la construcción del Observatorio de Uppsala, del que fue nombrado director en 1740. En 1733 publicó una colección de 316 observaciones de auroras boreales. En 1736 participó en una expedición a Laponia para medir un arco de meridiano terrestre, lo cual confirmó la teoría de Newton de que la Tierra se achataba en los polos. En una memoria que presentó a la Academia de Ciencias Sueca propuso la escala centígrada de temperaturas, conocida posteriormente como escala Celsius.
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Galileo Galilei
(Pisa, actual Italia, 1564-Arcetri, id., 1642) Físico y astrónomo italiano.
Fue el primogénito del florentino Vincenzo Galilei, músico por vocación aunque obligado a dedicarse al comercio para sobrevivir. En 1574 la familia se trasladó a Florencia, y Galileo fue enviado un tiempo –quizá como novicio– al monasterio de Santa Maria di Vallombrosa, hasta que, en 1581, su padre lo matriculó como estudiante de medicinaen la Universidad de Pisa. Pero en 1585, tras haberse iniciado en las matemáticas fuera de las aulas, abandonó los estudios universitarios sin obtener ningún título, aunque sí había adquirido gusto por la filosofía y la literatura. En 1589 consiguió una plaza, mal remunerada, en el Estudio de Pisa. Allí escribió un texto sobre el movimiento, que mantuvo inédito, en el cual criticaba los puntos de vista de Aristóteles acerca de la caída libre de los graves y el movimiento de los proyectiles; una tradición apócrifa, pero muy divulgada, le atribuye haber ilustrado sus críticas con una serie de experimentos públicos realizados desde lo alto del Campanile de Pisa. En 1592 pasó a ocupar una cátedra de matemáticas en Padua e inició un fructífero período de su vida científica: se ocupó de arquitectura militar y de topografía, realizó diversas invenciones mecánicas, reemprendió sus estudios sobre el movimiento y descubrió el isocronismo del péndulo. En 1599 se unió a la joven veneciana Marina Gamba, de quien se separó en 1610 tras haber tenido con ella dos hijas y un hijo. En julio de 1609 visitó Venecia y tuvo noticia de la fabricación del anteojo, a cuyo perfeccionamiento se dedicó, y con el cual realizó las primeras observaciones de la Luna; descubrió también cuatro satélites de Júpiter y observó las fases de Venus, fenómeno que sólo podía explicarse si se aceptaba la hipótesis heliocéntrica de Copérnico. Galileo publicó sus descubrimientos en un breve texto, El mensajero sideral, que le dio fama en toda Europa y le valió la concesión de una cátedra honoraria en Pisa. En 1611 viajó a Roma, donde el príncipe Federico Cesi lo hizo primer miembro de la Accademia dei Lincei, fundada por él, y luego patrocinó la publicación (1612) de las observaciones de Galileo sobre las manchas solares. Pero la profesión de copernicanismo contenida en el texto provocó una denuncia ante el Santo Oficio; en 1616, tras la inclusión en el Índice de libros prohibidos de la obra de Copérnico, Galileo fue advertido de que no debía exponer públicamente las tesis condenadas. Su silencio no se rompió hasta que, en 1623, alentado a raíz de la elección del nuevo papa Urbano VIII, publicó El ensayador, donde expuso sus criterios metodológicos y, en particular, su concepción de las matemáticas como lenguaje de la naturaleza. La benévola acogida del libro por parte del pontífice lo animó a completar la gran obra con la que pretendía poner punto final a la controversia sobre los sistemas astronómicos, y en 1632 apareció, finalmente, su Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo; la crítica a la distinción aristotélica entre física terrestre y física celeste, la enunciación del principio de la relatividad del movimiento, así como el argumento del flujo y el reflujo del mar presentado (erróneamente) como prueba del movimiento de la Tierra, hicieron del texto un verdadero manifiesto copernicano. El Santo Oficio abrió un proceso a Galileo que terminó con su condena a prisión perpetua, pena suavizada al permitírsele que la cumpliera en su villa de Arcetri. Allí transcurrieron los últimos años de su vida, ensombrecidos por la muerte de su hija Virginia, por la ceguera y por una salud cada vez más quebrantada. Consiguió, con todo, acabar la última de sus obras, los Discursos y demostraciones matemáticas en torno a dos nuevas ciencias, donde, a partir de la discusión sobre la estructura y la resistencia de los materiales, demostró las leyes de caída de los cuerpos en elvacío y elaboró una teoría completa sobre el movimiento de los proyectiles. El análisis galileano del movimiento sentó las bases físicas y matemáticas sobre las que los científicos de la siguiente generación edificaron la mecánica física.
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Isaac Newton
(Woolsthorpe, Gran Bretaña, 1642-Londres, 1727) Físico y matemático inglés.
Fue hijo póstumo de un pequeño terrateniente fallecido tres meses antes de su nacimiento, el cual se produjo de forma prematura. Cuando acababa de cumplir los tres años, su madre contrajo segundas nupcias y lo dejó al cuidado de su abuela materna, lo cual le ocasionó un trauma emocional en el que ha querido verse, junto a su condición de prematuro, el origen del temperamento neurótico e hipocondríaco que caracterizó al Newton maduro. Recibió su educación primaria en la King’s School de Grantham y, tras mostrar su incapacidad para ocuparse de la hacienda familiar, en 1661 fue enviado a la Universidad de Cambridge. Eligió estudiar física y matemáticas, pero no parece que fuera un alumno especialmente destacado. La peste lo obligó a abandonar Cambridge en el verano de 1665, por lo que tuvo que iniciar un período de descanso forzoso en el que sentó las bases de sus principales aportaciones científicas, pues fue entonces cuando concibió la idea de gravitación universal tras preguntarse, al parecer, por qué razón una manzana caía siempre perpendicularmente hacia el centro de la Tierra en lugar de seguir otras trayectorias. También redactó un esbozo del futuro cálculo de fluxiones y acometió el estudio experimental de la descomposición de la luz blanca mediante un prisma de refracción. De regreso en Cambridge, en 1667 fue elegido miembro del Trinity College y dos años después sucedió a su maestro Isaac Barrow en la cátedra de matemáticas. Sus descubrimientos de óptica, que expuso en sus clases, le valieron ser elegido miembro de la Royal Society en 1672, hecho que señaló el inicio de su notoriedad, pero también el de una serie de controversias acerca de la prioridad en dichos descubrimientos, en particular con Robert Hooke; ello determinó que demorara hasta 1704, tras la muerte de Hooke, la publicación de su tratado de óptica. En 1676 renunció a proseguir la polémica, y durante unos años se sumió en sus trabajos sobre el cálculo diferencial y en su interés por la alquimia y los estudios bíblicos. En esa época redactó las primeras exposiciones sistemáticas de su cálculo infinitesimal y usó su conocida fórmula para el desarrollo en potencia de un binomio de exponente cualquiera, que había establecido ya unos años antes.
La correspondencia mantenida con Hooke a partir de 1679 parece que avivó su interés por la dinámica, campo en el que se concentró en la demostración teórica de las leyes de los movimientos planetarios enunciadas por Kepler. Cuando Edmond Halley lo visitó en 1684, comprobó que Newton había resuelto ya el problema y lo animó a hacer públicos sus resultados. La intervención de Halley resultó decisiva en la publicación de los Principia, la obra científica más influyente y significativa de su época, que contiene la formulación matemática de la ley de la gravitación universal, interpretada como principio unificador del movimiento; Halley se ocupó de que el manuscrito fuese presentado ante la Royal Society, que se encargó de la edición, costeando él personalmente la impresión, terminada en julio de 1687. La obra contiene la demostración del hecho experimental según el cual una esfera gravitatoria homogénea ejerce una atracción sobre los puntos exteriores a ella y se comporta como si toda su masa se encontrara situada en su centro; y la ley de la atracción gravitatoria, que aparece comprobada para el movimiento de la Luna. Incluye también la primera publicación impresa del cálculo infinitesimal creado por Newton, reconociendo, en su primera edición, que Leibniz estaba en posesión de un método análogo; pese a ello, los partidarios de uno y otro se enzarzaron en una nueva disputa de prioridades, que el propio científico alentó entre bastidores. En 1687 formó parte de la comisión formada por la Universidad de Cambridge en oposición a las medidas de catolización del reyJacobo II. Tras la Revolución de 1688, fue elegido representante de la universidad ante el Parlamento. En 1696 aceptó el nombramiento de director de la Casa de la Moneda, que pasó a presidir tres años después. En 1701 renunció a su condición de profesor universitario y en 1703 fue elegido presidente de la Royal Society, cargo que desempeñó hasta su fallecimiento.
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Heinrich Hertz
(Hamburgo, 1857-Bonn, 1894) Físico alemán. En 1880 se doctoró con la calificación de magna cum laude en la Universidad de Berlín, donde fue alumno deHermann von Helmholtz. En 1883 se interesó por la teoría electromagnética de James Clerk Maxwell, y dos años más tarde, ejerciendo la docencia en la Universidad Politécnica de Karlsruhe, produjo ondas electromagnéticas en el laboratorio, de las que midió su velocidad y longitud de onda. Observó que las ondas muestran tanto la misma naturaleza vibratoria como la misma susceptibilidad a los fenómenos de reflexión y refracción que las correspondientes a la luz o las radiaciones térmicas, estableciendo, más allá de toda duda, que tanto la luz como el calor son manifestaciones energéticas de naturaleza ondulatoria. En 1889 fue nombrado profesor de física en la Universidad de Bonn, donde continuó experimentando con descargas eléctricas sobre gases enrarecidos. Las traducciones al inglés de los artículos científicos que escribió fueron recogidas en tres volúmenes, Electric Waves (1893), Miscellaneous Papers (1896) y Principles of Mechanics(1899). En reconocimiento a su labor, la unidad de frecuencia de una onda lleva el nombre de her
Albert Einstein
(Ulm, Alemania, 1879-Princeton, EE UU, 1955)
Físico alemán, nacionalizado suizo y, más tarde, estadounidense.
Cursó la primera enseñanza en el instituto católico de Munich, ciudad a la que se había trasladado su familia cuando él contaba pocos años de edad. En 1894, su padre, tras un revés en los negocios, marchó a Italia, mientras que Albert permaneció en Alemania para acabar el bachillerato, que concluyó con calificaciones mediocres, salvo en matemáticas. Más tarde, la familia se trasladó a Suiza, donde ingresó en la Academia Politécnica de la ciudad de Zurich, por la que se graduó en 1900. Acabados los estudios, y dado que no tenía la nacionalidad suiza, tuvo grandes dificultades para encontrar trabajo, por lo que terminó aceptando, en 1901, un puesto como funcionario en la Oficina Suiza de Patentes de la ciudad de Berna. Los estudios teóricos que llevaba a cabo mientras tanto dieron sus primeros frutos en 1905, con la publicación de cinco de sus trabajos, todos ellos de gran importancia para el desarrollo de la física del siglo XX. Uno de ellos versaba sobre el efecto fotoeléctrico, según el cual la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz incidente. Aplicando la hipótesis cuántica formulada por M. Planck cinco años antes, logró dar una explicación satisfactoria del fenómeno, trabajo que fue premiado en 1921 con la concesión del Premio Nobel de Física. El segundo trabajo, publicado un par de meses después del primero, trataba del movimiento browniano, que es el característico de una partícula en suspensión en un líquido, para el cual ofreció un modelo matemático plausible. Sin embargo, debe su fama a la formulación de la teoría de la relatividad restringida, basada en los resultados del experimento de Michelson-Morley en cuanto a la detección de diferencias de velocidad de la luz al cambiar de dirección cuando atravesaba el «éter». Gracias a sus trabajos logró demostrar que a partir de la hipótesis de la constancia de la velocidad de la luz y de la relatividad del movimiento, el experimento podía explicarse en el marco de las ecuaciones de la electrodinámica formuladas por J. C. Maxwell. Así mismo, demostró que el efecto de contracción de la longitud y el de aumento de la masa pueden deducirse del hecho de que la velocidad de la luz en el vacío es la máxima posible a la cual puede transmitirse cualquier señal. En el marco de esta teoría, Einstein expuso la relación existente entre la energía (E) y la masa (m) mediante la famosa ecuación: E = mc2, en la que c representa la velocidad de la luz en el vacío.
En 1909 consiguió finalmente, no sin muchos esfuerzos, un puesto de profesor en la Universidad de Zurich. Su fama, que continuaba creciendo de forma imparable, le llevó en 1913 al Instituto de Física Káiser Guillermo de Berlín. En plena Primera Guerra Mundial publicó un trabajo definitivo en el que expuso la teoría general de la relatividad (1915), en el cual establecía las ecuaciones que habrían de cambiar la visión del universo y de su evolución. Esta teoría, de la cual la cosmología newtoniana pasa a ser un caso particular, permitió justificar fenómenos como la precesión del perihelio de Mercurio, la deflexión de los rayos de luz por la presencia de grandes concentraciones de masa (comprobada experimentalmente en 1919 durante unaexpedición de la Royal Society en la que tomó parte sir Arthur Eddington), el corrimiento hacia el rojo del espectro de galaxias lejanas a causa de la presencia de campos gravitatorios intensos, etc. La llegada al poder de Hitler en Alemania coincidió con un ciclo de conferencias que estaba impartiendo en California, por lo que se estableció en Princeton, donde entró a formar parte del Instituto de Estudios Avanzados. Durante la Segunda Guerra Mundial, y ante la creciente evidencia de que Alemania estaba desarrollando el arma atómica, dirigió una famosa carta al presidente F. D. Roosevelt en la que le urgía a que desarrollase la bomba atómica. Cuando el Proyecto Manhattan dio finalmente sus frutos, con los bombardeos atómicos sobreHiroshima y Nagasaki, la magnitud de la devastación le movió a expresar públicamente su rechazo hacia el arma que había contribuido a crear. Los últimos años de su vida los dedicó al desarrollo de una teoría del campo unificado que pudiera hacer compatibles las teorías sobre los fenómenos electromagnéticos y gravitatorios, aunque, al igual que Heisenberg, no llegó a conseguirlo.
ALGUNAS FRASES DE ALBERT EINSTEIN:
El hombre encuentra a Dios detrás de cada puerta que la ciencia logra abrir.
El azar no existe; Dios no juega a los dados.
Todos somos muy ignorantes. Lo que ocurre es que no todos ignoramos las mismas cosas.
Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.
No entiendes realmente algo a menos que seas capaz de explicarselo a tu abuela.
Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo.
Hay dos cosas infinitas: el Universo y la estupidez humana. Y del Universo no estoy seguro.
El problema del hombre no está en la bomba atómica, sino en su corazón.
Comienza a manifestarse la madurez cuando sentimos que nuestra preocupación es mayor por los demás que por nosotros mismos.
Vivimos en el mundo cuando amamos. Sólo una vida vivida para los demás merece la pena ser vivida.
Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad.
Los grandes espíritus siempre han encontrado una violenta oposición de parte de mentes mediocres.
La memoria es la inteligencia de los tontos.
Si no puedo dibujarlo, es que no lo entiendo.
Lo importante es no dejar de hacerse preguntas.