jueves, 29 de octubre del 2020 Fecha
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Faraday ¡Qué personaje! II

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Personajes de la Historia    ~    Comentarios Comments (0)

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En 1838, Faraday ya tenía las bases para una nueva teoría de la electricidad. Ideó un vocabulario completo y original compuesto por términos como “electrodo”, “cátodo” y “electrólisis”. Tal vez, aventuró Faraday, las fuerzas eléctricas eran intermoleculares y la electricidad transmitía energía  sin transferir materia. Faraday, que no deseaba utilizar el término “corriente” a causa de sus connotaciones mecánicas, describió esta transferencia como un proceso en el cual unas partículas diminutas eran sometidas a una presión que era entonces conducida de una partícula a otra.

Después de un difícil intervalo de cinco años durante los cuales su mente aparentaba estar irremediablemente fatigada a raíz de los años anteriores de continua experimentación, Faraday retornó a la primera línea para dar un crucial paso al frente en su cadena de experimentos. Por aquel entonces el joven William Thomson (1824-1907), famoso después como lord Kelvin, estaba intrigado por la naturaleza de la electricidad y la dificultad que entrañaba su incorporación al esquema de Newton. En agosto de 1845, Thomson escribió a Faraday comunicándole que había logrado formular matemáticamente el concepto de líneas de fuerza de Faraday y sugiriéndole más experimentos. Faraday no había convencido a ninguno de los físicos eminentes de la época.

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                             William Thomson

Pero Thomson, que por entonces sólo contaba veintiún años, estaba abierto a posibilidades aún más atrevidas. Si realmente existían líneas y campos de fuerza, ¿no sería posible demostrar mediante experimentos que había una relación entre la electricidad y la luz? Faraday decidió seguir esta extravagante sugerencia. Al principio las dificultades parecían insuperables. “Sólo la muy firme convicción de que la luz, el magnetismo y la electricidad tenían que estar relacionados…me llevó a retomar el tema y a perseverar”.

El 13 de Noviembre de 1845 Faraday intentó hacer pasar un rayo a través de un trozo de “cristal grueso” con un alto índice de refracción que había fabricado quince años antes, y en el campo de un potente electroimán. “Se produjo un efecto en el rayo polarizado y así quedó demostrado que la fuerza magnética y la luz están relacionadas. Es probable que este hecho demuestre ser sumamente fértil”, escribió con satisfacción. Faraday se sintió aún más seguro cuando descubrió que el ángulo de rotación del rayo de luz era directamente proporcional a la potencia de la fuerza electromagnética.

A partir de ese momento Faraday consideró que su anterior metáfora de la “presión” entre partículas era inadecuada, y sugirió en su lugar un “flujo de energía”; el electroimán sería una “habitación de líneas de fuerza”. Al comparar la acción de diferentes sustancias en el paso de la fuerza magnética, Faraday contrastó las sustancias “paramagnéticas”, que conducían bien la fuerza, con las “diamagnéticas”, que la conducían mal. A continuación demostró que sus “líneas de fuerza” no eran polares (dirigidas al polo más próximo) como hubieran sugeridos las antiguas teorías newtonianas, sino curvas continuas. Su conclusión fundamental, el axioma de la moderna teoría “del campo” en la física, fue que la energía del imán no se encontraba en el imán propiamente dicho sino en el campo magnético.

El trabajo de investigación de Faraday, posibilitó que hoy nosotros, sepamos del campo magnético de las estrellas de neutrones y de las galaxias, o, del mismo Planeta Tierra.

Faraday había esbozado las líneas maestras de un sorprendente mundo nuevo e invisible. Entre estos infinitesimales campos de fuerzas ejercidas por entidades misteriosas y diminutas, los físicos encontrarían sus “nuevos mundos” y sus “continentes oscuros”, donde habría secretos relativos a una entidad todavía más amplia y fenómenos misteriosos. En 1845, Faraday escribía a la Real Society: “Hace mucho tiempo que soy de la opinión, que casi es una convicción compartida con muchos otros amantes del conocimiento natural, de que las distintas formas bajo las que se manifiestan las fuerzas de la materia tienen un origen común o, en otras palabras, están relacionadas tan directamente y son tan mutuamente dependientes que son convertibles la una en la otra, y poseen fuerzas equivalentes en su acción. En la época moderna se han multiplicado las pruebas de su convertibilidad, y se ha iniciado la determinación de sus fuerzas equivalentes”.

La serie de pruebas que Faraday había profetizado se sucedieron con vertiginosa velocidad durante el siglo siguiente. La comunicación entre científicos era más constante y los éxitos eran, más  que nunca, producto de la colaboración. En algunas ocasiones era cuestión de suerte quién se atribuía (o le era atribuido) el mérito de haber dado un paso adelante.

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            James Clerk Maxwell

Los descubrimientos de Faraday habían sido el producto de una mente ajena a las matemáticas, pero la verosimilitud y la convicción de la teoría del campo dependerían de su formulación matemática. Esto fue llevado a cabo por un admirador de Faraday, James Clerk Maxwell (1831-1879), que tradujo sus “líneas” o “tubos” de fuerza de Faraday a una descripción matemática de un campo continuo. Del mismo modo que Newton había dado forma matemática a las intuiciones de Galileo, las ecuaciones de Maxwell, como observó Einstein, desempeñaron una función similar para los descubrimientos de Faraday.

Einstein y su colaborador Leopold Infeld afirmaron que “la formulación de estas ecuaciones” es “el acontecimiento más importante de la física desde la época de Newton”, no sólo a causa de la riqueza de su contenido, sino también porque constituyen un modelo para un nuevo tipo de ley”. Las principales características de esas ecuaciones aparecerían “en todas las demás ecuaciones de la física moderna”.

La teoría de Einstein sobre la relatividad se basaría también en las ecuaciones de Maxwell. El paso siguiente, después de Faraday, en la revisión de la física newtoniana y la disolución del átomo “indestructible” se vio con el descubrimiento de los rayos catódicos, los rayos X y la radiactividad. J.J. Thomson (1856-1940) siguió la pista del electrón y descubrió diminutas partículas invisibles de masa uniforme, mil ochocientas veces más pequeñas que el átomo de hidrógeno, que era hasta entonces el objeto conocido de menor peso. Ernest Rutherford (1871-1937) descubrió en 1911 un núcleo atómico (1/100.000 del átomo) que sería explorado por la siguiente generación de físicos, del mismo modo que sus predecesores habían explorado el electrón. Estos nuevos físicos fueron ya, el mismo Einstein y Planck, Heisenberg y Schrödinger, Feynman, y muchos otros.

Los misterios del átomo se multiplicaban con cada descubrimiento. Los límites de las matemáticas se revelaban con mayor claridad. En la mente de Einstein la unidad de los fenómenos -la búsqueda de Dalton y Faraday- planteó problemas “científicos” y paradojas que estaban más allá de todo conocimiento anterior, excepto quizás el de los filósofos. Así como los físicos explicaban el átomo mediante los sistemas planetarios y celestes, lo infinitesimal ofrecía indicios que apuntaban al infinito. El tiempo y el espacio se unieron en un torturante y único acertijo, que llevó a Einstein a concluir que “el misterio eterno del mundo es su comprensibilidad”.

Ahora, después de todo aquellos primeros pasos, estamos mucho más adelantados ya en el conocimiento de la materia y, sin embargo, seguimos persiguiendo ese secreto que encierra y guarda mucho más profundamente que el habitad de los quarks, y, que algunos dicen que son, infinitesimales y vibrantes cuerdas que nos hablarán, en otras dimensiones más altas que, de momento, ni podemos ver ni comprender, de todo aquello que, con desesperada e incansable curiosidad buscamos…la última frontera de la materia que, finalmente, resultará ser…¡LA LUZ! Esa “materia-inmaterial” que es la pura energía de lo que todo el Universo está hecho.

emilio silvera

Faraday ¡Qué personajes!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Personajes de la Historia    ~    Comentarios Comments (0)

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Tal como la revolución copernicana en la astronomía, la revolución “del campo”  en la física sería un desafío al sentido común y conduciría una vez más a los científicos pioneros a “las brumas de la paradoja”. Si Michael Faraday hubiese tenido una sólida formación matemática quizá no hubiera estado tan dispuesto a realizar su sorprendente recorrido. Hijo de un herrero pobre de las afueras de Londres, Faraday tuvo que ganarse la vida desde muy niño, y se dice que en tiempos de guerra, cuando los precios eran muy altos, pasaba una semana entera con una barra de pan. Sus padres pertenecían a una reducida secta protestante escocesa fundamentalista y practicante del ascetismo que, como los cuáqueros, creía en un clero laico y se oponía a la acumulación de bienes materiales.

Faraday asistía regularmente a las reuniones dominicales y fue uno de los dirigentes de la congregación hasta el final de su vida. Los pasajes más marcados de su muy leída Biblia se hallaban en el libro de Job. Faraday prácticamente no tuvo una educación formal-“poco más que los rudimentos de lectura, escritura y aritmética que se enseñan en una escuela corriente”- pero a los trece años entró afortunadamente a trabajar en el taller de un amistoso impresor y encuadernador francés emigrado, un tal monsieur Riebau. Al principio Faraday repartía los periódicos que Riebau prestaba, y los recogía posteriormente para llevarlos a otros clientes.

Hace más de  doscientos años, cuando Faraday entró en la imprenta de George Riebau, todo era rústico y muy artesanal. En el mundo las cosas eran muy diferentes a las que hoy conocemos.

Entre los libros que llegaron al taller de Riebau para ser encuadernados estaba The improvement of the Mind ( “La perfección de la mente”), del escritor de himnos Isaac Watts, cuyo sistema para el perfeccionamiento de sí mismo siguió Faraday. Llevando un diario que luego se convertiría en su famoso cuaderno de laboratorio. Un día Faraday recibió en el taller para su encuadernación un tomo de la Enciclopedia Britannica ( 3.ª ed., 1797) que contenía un artículo de 127 páginas a doble columna sobre la electricidad de un fluido y de dos fluidos, y proponía que la electricidad no era un flujo material sino un tipo de vibración, semejante a la luz y el calor. Esta atractiva sugerencia marcó el comienzo de la carrera científica de Faraday.

En 1810 Faraday comenzó a asistir a las conferencias públicas de la Sociedad Filosófica de la Ciudad, y luego a las que daba Humphry Davy en la institución Real. En diciembre de 1811 Faraday causó una favorable impresión en Davy cuando le envió las notas, escritas con una hermosa letra y cuidadosamente encuadernadas, que había tomado en las conferencias del primero, acompañadas de una solicitud para que le contratara como auxiliar. Davy había quedado temporalmente ciego en octubre de ese mismo año a causa de una explosión que había acontecido en su laboratorio y necesitaba un amanuense. Contrató a Faraday por una guinea a la semana y el uso de doa habitaciones en el último piso de la institución, con combustible, velas y batas de laboratorio incluidos, además de la libertad para utilizar los aparatos. A los veinte años, Faraday se hallaba en el laboratorio de uno de los mayores químicos de la época, y podía experimentar allí a sus anchas. ¡ Un sueño hecho realidad !.Sir  Humphry y lady Davy completaron la educación de Faraday llevándolo con ellos en una gira por el continente europeo en 1813-1814. Visitaron Francia e Italia, conocieron a científicos y Faraday compartió las esperanzas y las dudas del parlanchín Davy. Cuando regresaron a Inglaterra en abril de 1815, Davy había inmunizado a Faraday contra las generalizaciones fáciles y había renovado su pasión por el experimento. De regreso en el laboratorio, Faraday experimentó con combustibles para calefacción y alumbrado, y finalmente descubrió el benceno. Elaboró los primeros compuestos de cloro y carbono, de los que salió el etileno, resultado de la primera reacción de sustitución conocida. Faraday también fue un pionero de la química de las aleaciones de acero. Con el tiempo se sabría que uno de los hechos cruciales de su vida fue el encargo, por parte de la Royal Society, que lo llevó a elaborar un nuevo cristal óptico “ grueso” con un alto índice de refracción especialmente útil para los experimentos con luz polarizada.

picture of Humphry Davy experimenting in the laboratory

El temperamento optimista de Faraday se vio reforzado por un feliz matrimonio con la hermana de un individuo que había conocido en la Sociedad Filosófica de la Ciudad. Sarah Bernard nunca compartió los intereses científicos que hacían pasar a Faraday las noches en vela, pero decía que se sentía feliz de ser la “almohada de su mente”.

En ese mundo nuevo en que la prioridad era recompensada, los tempranos éxitos de Faraday despertaron la envidia de su famoso mentor. En 1824, cuando Faraday fue propuesto para ingresar en la Royal Society por haber logrado la licuefacción del cloro, Davy se opuso a su candidatura y afirmó que el mérito era suyo. A pesar de todo, Faraday fue elegido.

Humphry Davy

Davy se había sentido intrigado por los recientes esfuerzos teóricos para adaptar las ideas de Newton a las necesidades que experimentaba el químico en el laboratorio. El más atractivo de estos esfuerzos era la teoría del “punto central” de Boscovich, que describía el átomo no como una diminuta bola de billar de materia impenetrable, sino como un centro de fuerzas. Si las “partículas últimas” de materia tenían esta característica, se explicaría así la interacción de los elementos químicos, sus “afinidades” y los modos de formar compuestos estables.

Boscovich había limitado su atrevida sugerencia a los elementos químicos. Faraday, cuando por casualidad enfocó su pasión por el experimento sobre el poco explorado reino de la electricidad, sintió un renovado interés por la teoría de Boscovich. En 1821 un amigo solicitó a Faraday que escribiera un artículo extenso para el Philosophical Magazine explicando el electromagnetismo al público lego en la materia. En aquel momento había un gran interés por el tema, desde que el verano anterior el físico danés Hans Christian Oersted (1777-1851) había probado, durante una demostración realizada en una conferencia nocturna, que un alambre que condujera corriente eléctrica podía desviar una aguja magnética.

Siguiendo las ideas sugeridas por Oersted, Faraday inventó un sencillo aparato formado por dos cubetas que contenían mercurio, un alambre conductor de corriente y dos barras imantadas cilíndricas. Con esto él demostraba elegantemente la rotación electromagnética, probando que el alambre conductor rotaba alrededor del polo de un imán, y el polo de un imán hacía lo mismo en torno a un alambre conductor.

Monografias.com

Quizá Faraday empezaba a sospechar que alrededor de un alambre conductor había líneas circulares de fuerza, y que tal vez las fuerzas del magnetismo y de la electricidad fueran convertibles. En este punto fue una suerte que Faraday no fuese un matemático refinado, pues si lo hubiese sido probablemente habría seguido el camino convencional, como el que tomó el prestigioso matemático francés André Marie Ampère (1775-1836), y hubiese tratado de explicar el electromagnetismo simplemente mediante una formulación matemática de los centros de fuerza newtonianos. Pero la ingenua mirada de Faraday percibió otra cosa.

Sin proponérselo,  Faraday ya había realizado la primera conversión de energía mecánica en energía electrica.

emilio silvera

¡¡El Bosón de Higgs!! ¿Para cuando?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Ciencia futura    ~    Comentarios Comments (1)

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Hace algunas fechas que se publicó aquí este trabajo que versaba sobre el Bosón de Higgs, y, ya algunos están postulando la necesidad de construir un nuevo acelerador de Partículas más potente que sí pueda llegar hasta los océanos de Higgs para localizar al dichoso Bosón. Los expertos del LHC en el CERN, no han dicho, de manera categórica que, la partícula hallada, sea el Bosón de Higgs, lo han dejado con una interrogación y pendiente de otros estudios y pruebas para poder definirse, de manera rotunda sobre la realidad del hallazgo.

Algunos ya están hablando del International Linear Collider (ILC), el nuevo Acelerador de partículas que sí, ¿podrá localizar al Bosón de Higgs?, de mucha más potencia que el LHC, y que podrá llegar mucho más profundamente en ese “inframundo” de los océanos de Higgs que se nos escapan del ámbito ordinario de nuestra cotidianidad. Allí, en ese “universo” infinitesimal, pudieran hallarse muchas de las cosas que presentimos.

Ya se han lanzado haces de protones a velocidades cercanas a la de la luz, c, en sentidos apuestos y han colisionado entre sí alcanzando energías de hasta 7,5 TeV, han hecho posible que en los ordenadores salgan imágenes como esta de arriba, múltiples caminos trazados por toda clase de objetos infinitesimales que han salido, como escombros de la rotura de esos protones, y, pudiera ser que, uno de esos rastros dejados en la múltiple dispersión, pudiera haber sido hecha por el Bosón de Higgs. Ahora, con 14 TeV, posiblemente podamos, al fín, dar con el dichoso Bosón -si es que en realidad existe–

Para hallar tan minúscula partícula, ha sido necesario construir una de las máquinas más sofisticadas, grandes y caras que hubiéramos podido imaginar, y, además, las energías que aquí serán desatadas nos llevaran al límite de lo que la Humanidad, en este momento, puede conseguir que está en los 14 TeV, una energía muy considerable aunque no suficiente para llegar a sondear las cuerdas que requieren la energía de Planck de 1019 GeV, algo impensable en esta generación y en las próximas.

Claro que, hasta el momento y desde hace ya mucho tiempo, todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista decuál era el origen de la masa fallaron.  Feynman escribió su famosa pregunta: “¿Por qué pesa el muón?”.  Ahora, por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa.  Una voz potente y segura nos grita: “!Higgs¡” Durante más de 60 años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo Higgs presenta el problema en un contexto nuevo; no se trata sólo del muón. Proporciona, por lo menos, una fuente común para todas las masas. La nueva pregunta feynmaniana podría ser: ¿Cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas de la materia?

Hay quien postula que, las partículas al moverse por el océano de Higgs, interracionan con lo que sea que permea por todo el espacio, esa interacción produce un efecto frenado por el roce y, es precisamente ese efecto frenado de contacto el que hace que la partícula adquiera su masa a medida que se desliza.

La variación de la masa con el estado de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen en entredicho que el concepto de masa sea una tributo fundamental de la materia.  Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron del “renormalizándolo”, ese truco matemático que emplean cuando no saben hacerlo bien, o, cuando el desconocimiento fundamental, está ausente.

Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas.  Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrinseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.

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