Conclusiones.

1.- Las ondas de REM no son un continuo de energía, se encuentran  discretizadas. Derivada de un fotón, cada onda va asociada a una partícula denominada subfotón. Éste está configurado como dipolo eléctrico de forma segmentaria a partir de energía magnética de alta densidad, mostrando en cada uno de sus dos extremos un campo eléctrico de forma lobular de diferente signo, como si de un imán recto se tratara. Este conjunto unitario de onda-partícula en movimiento, exhibe un cuerpo tridimensional. Su superficie o piel EM para sentido práctico suele esquematizarse con el contorno de una onda sinusoidal de interacción EM.

2.- Cuando oleadas de subfotones y sus respectivas ondas en fase atacan una antena vertical receptora “peinándola uniformemente”, cada uno de ellos resulta guiado con su cresta eléctrica positiva por delante. Esto es así debido a que los subfotones tienen que pasar entre las polarizantes cargas negativas de los electrones libres de un conductor-antena. Cada cresta positiva de los subfotones moviéndose rápidamente entre los electrones, desplaza en un sentido una corriente de ellos a lo largo del conductor. Dirección que va a cambiar cuando a continuación pase entre ellos la cresta eléctrica negativa correspondiente. Esto se debe a que las crestas positivas de las ondas atraen electrones y las crestas negativas los repelen dentro del conductor. Repitiéndose el ciclo oscilatorio electrónico de manera global cuando grandes cantidades de subfotones en fase atraviesan la antena. Esta corriente eléctrica oscilatoria de antena se amplifica en el receptor y se puede llevar a un osciloscopio para observar la oscilación electrónica generada. El efecto sinusoidal observado en la pantalla, fue provocado por la modulación de que fueron objeto los electrones en sus movimientos en el circuito de antena correspondiente, por parte de las ondas de REM que le estarían llegando.

Nota: La bobina de antena es otro caso de recepción EM no descrito aquí.

3.- Si a lo largo de una línea de desplazamiento de ondas EM se establece lateralmente frente a ellas un puesto de observación, limitado por una delgada rendija vertical para observar (con posibilidad de movimiento en cámara lenta) cómo se mueven cada una de sus secciones, se puede observar a través de ella sólo un punto de una onda bajo escrutinio. Un aparente punto se desplaza rítmicamente a lo largo de la rendija vertical, subiendo y bajando a medida que ondas van desplazándose alejándose de la fuente.

Si además de su desplazamiento horizontal a través de la línea de referencia, se usa la representación de la onda como una cuerda que es agitada desde un extremo, el observador no puede discernir mirando a través de la rendija, si el fenómeno de desplazamiento de ondas bajo observación ocurre de manera oscilatoria. Ya que, pudiera ocurrir, sin que él observador pudiera haberse enterado, de que la cuerda en cuestión pudo haberse congelado por un súbito descenso de temperatura. En este segundo caso, la cuerda se desplazaría ondulada como si de una sola pieza sólida se tratara.

Sería una experimentación de resultado ambiguo, ya que no se puede asegurar si se trata de un movimiento transversal de la onda en cuestión o de otro tipo de movimiento. Si este fuera verdaderamente transversal, la teoría que respalda el experimento mental de la cuerda que es agitada formando ondas, no podría deducir la existencia de un corpúsculo de radiación con sus intrínsecos campos de interacción, entrando en conflicto con la hipótesis del concepto dualidad onda-partícula que se podría aplicar a los fotones en movimiento a través del espacio. Quedando bloqueado el camino que podría ir más allá del sólo “comportamiento corpuscular” que se entiende manifiestan las REM, al considerar fotones en su interacción con la materia.

4.- “De modo semejante a la onda que se propaga en una cuerda, el campo eléctrico a lo largo de una línea trazada en el espacio muestra la historia pasada de la perturbación emitida por la fuente.”

Esta cita tomada de la obra Ciencias Físicas de F. Bueche de la Universidad de Dayton, páginas 185 y 186, permite evidenciar que una onda emitida por una fuente de radiación se conserva de manera permanente (la perturbación emitida). De otra manera no habría historia que considerar de la radiación indicada. Consecuentemente, cada onda de REM se traslada a través del espacio como un todo histórico invariable, incluso numerable. Y, si cada onda no varía su configuración en el espacio, la teoría moderna relativa está incompleta, pues no nos dice como se produce cada una de las ondas que hoy mismo viajan en cualquier parte del universo. La respuesta se da al considerar que cada onda se encuentra asociada a un corpúsculo de REM, nombrado subfotón en esta tesis. Particularmente cada uno de ellos puede ser emitido y/o absorbido por la materia sin perder su identidad numerable.

En alguna parte de la historia de un subfotón, podría estar a tu lado formando parte de un electrón cercano, más tarde en la Luna, o en alguna otra galaxia alejada formando parte de algún neutrón existente en ella. Este mismo subfotón en cualquier momento dado podría estar viajando con destino incierto a través del espacio a velocidad c, acompañado de otros subfotones, cada uno con número de identidad específico. Aun cuando individualmente no tienen ni firma ni huella, el hombre puede  predecir como cantidades importantes de ellos van modificando el entorno físico del mundo y del universo en general, gracias a la comprensión de los procesos de absorción y emisión espontánea y manipulada a que se pueden ver sujetos.

Interacción materia-REM

5.- En síntesis, en el universo existe una cantidad exacta de subfotones de REM, cada uno de ellos con una onda asociada.  Pueden estar en movimiento gracias a los procesos de emisión, o estacionados debido a la absorción a que son sujetos debido a la materia ya existente. Cada uno manifiesta un campo eléctrico  de energía h conocida (la constante de Planck). Su magnitud eléctrica es independiente del componente magnético perpendicular que se le suma cuando se mueve  al ser emitido al espacio. Fenómeno similar al campo magnético perpendicular que se genera alrededor de un alambre conductor recto cuando electrones se mueven a lo largo de su espacio atómico interno donde se encuentran confinados. Si los electrones libres no se mueven entrando en conducción, tampoco se genera el campo magnético alrededor del conductor. Subrayamos que los campos magnéticos generados tanto por electrones como por subfotones, se producen cuando ellos perturban la energía de vacío del universo donde se encuentran inmersos, que no es otra cosa que la estructura magnética del espacio-tiempo, identificado en esta tesis como campo de gravedad primario.

    6.- La idea general está expuesta en mi tesis Física Global.

http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/wp-content/uploads/FISICA%20GLOBAL.pdf

A la orden de las nuevas generaciones de físicos. Sus pensamientos serán fundamentales para moldear de mejor manera estos nuevos conocimientos. A pesar de un estira y afloja que se ha dado en el desarrollo de la ciencia, incluidos aciertos y desaciertos, todos estamos coludidos históricamente en un esfuerzo científico ya hecho. Como dijo Albert Einstein: La física es un sistema lógico de pensamiento en desarrollo. De esta idea se desprende que el avance científico sólo es posible con los esfuerzos humanos del pasado. El presente es sólo confusión, el futuro ni siquiera existe. Existe arduo trabajo pendiente para los investigadores científicos. Ellos son los que llevan la delantera en la brecha del trabajo hacia el porvenir.

Nadie ignora que el mundo ha entrado en el rápido deterioro de sus ecosistemas. Si científicamente no se domina la energía de nuestro entorno mundial, con tecnología apropiada, próximamente, la energía de las lágrimas, podrían ser los últimos vestigios de nuestra incapacidad para mantener la energía de la felicidad humana. No pocas de ellas, ya se derraman en diferentes regiones del planeta.

¡Saludos y buenos deseos para todos!

José Germán Vidal Palencia

Investigador independiente

México, D.F., a 25 de noviembre de 2015

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Un modelo informático basado en la ecuación de Schrödinger descubre la interacción de sus moléculas

El acercamiento a este extraño elemento constitutivo, sin embargo, desde la perspectiva de la física cuántica (desde la ecuación de Schrödinger para ser más exactos), y gracias al uso de un conjunto de ordenadores super-potentes, ha revelado la estructura subyacente del conjunto de moléculas aparentemente sencillas del agua, que están formadas “tan sólo” por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

El logro lo ha alcanzado un equipo de científicos de la universidad norteamericana de Delaware y de la Radboud University de Holanda, que han desarrollado un nuevo método para desvelar las propiedades ocultas del agua, y sin necesidad de concienzudos experimentos de laboratorio: simplemente, informática.

Principios fundamentales

Y es que, en teoría, toda la química y la física de la materia a escala macroscópica podría ser descrita íntegramente por una enorme ecuación de Schrödinger aplicable a más de 10 elevado a 23 átomos de una unidad de materia.

Utilizar esta ecuación y aplicarla de manera eficaz es actualmente posible gracias al uso de ordenadores con una capacidad de cálculo superpotente, que permitirían comprender algunas de las enigmáticas propiedades del agua. Este tipo de herramienta informática de análisis ya se ha aplicado en otros campos, como la meteorología y la mecánica celeste.

Los resultados de la investigación han sido publicados por la revista Science y han sido explicados en un comunicado de la universidad de Delaware. La investigación ha estado liderada por el profesor de física y astronomía de dicha universidad, Krzysztof Szalewicz, que ha colaborado con Robert Bukowski, de la Cornell University, y Gerrit Groenenboom y Ad van der Avoird, del Institute for Molecules and Materials de la Radboud University.

Propiedades extrañas

Todo el mundo sabe que una molécula de agua es H2O, pero, aunque su composición parezca simple, el agua líquida en realidad es mucho más compleja que eso. Por ejemplo, señala Szalewicz, contrariamente a otros líquidos, el agua aumenta de volumen cuando se congela, lo que explica que el hielo flote en el agua. Por otro lado, el agua puede absorber grandes cantidades de calor antes de empezar a calentarse y lo libera lentamente mientras se enfría.

Las características únicas del agua parecen relacionarse con su estructura molecular y con la capacidad de sus moléculas para formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua. El hidrógeno de la molécula del agua tiene una carga ligeramente positiva, mientras que la carga del otro extremo de la molécula es ligeramente negativa.

Tradicionalmente se pensó que en el agua en estado líquido cada molécula se coordinaba con una media de otras cuatro moléculas gracias a estos enlaces de hidrógeno. Sin embargo, posteriormente se descubrió que esta coordinación tiene lugar sólo con dos moléculas.

Ambigüedades

Todas estas ambigüedades del agua han sido estudiadas desde la mecánica cuántica por Szalewicz y sus colegas, aplicando leyes de la física a un nivel microscópico.

El resultado: los investigadores han conseguido generar un nuevo marco teórico para describir la estructura y el comportamiento de la molécula del agua átomo a átomo, gracias a los ordenadores de última generación, multiprocesadores, capaces de aportar soluciones bastante ajustadas de las ecuaciones de la mecánica cuántica para la descripción de las fuerzas que ejercen unas moléculas del agua sobre otras. Esto debería permitir desvelar el porqué de las extrañas propiedades de este líquido.

Con un conjunto de ordenadores Linux funcionando en paralelo, y que realizaron cálculos a gran escala, el estudio tardó varios meses en completarse. El nuevo modelo puede predecir con bastante exactitud, tanto las propiedades de un par de moléculas de agua, como las del agua en estado líquido.

Las aplicaciones de este novedoso modelo, señalan los investigadores, van desde la posibilidad de comprender mejor el agua en diversos estados y en condiciones extremas, hasta el estudio de otros líquidos y sistemas moleculares, el ADN en biología o el llamado plegamiento de proteínas (proceso por el que una proteína alcanza su estructura tridimensional), entre otras.

Artículo de prensa-

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Plasma, ese otro estado de la Materia (el cuarto dicen) que, según sabemos, resulta ser el más abundante del Universo. Todos desde pequeños aprendimos aquellos tres estados de la materia que cantábamos en el patio del centro educativo durante el recreo, donde todos a una gritábamos como papagayos: “Sólido, líquido y gaseoso”. Nada nos decían del Plasma, ese estado que, en realidad, cubre el 99% del estado de la materia en nuestro Universo (bueno, hablamos de la materia conocida, esa que llamamos bariónica y está formada por átomos de Quarks y Leptones). Sospecho que hay otros estados de la materia que nos son desconocidos.

                                           Filamentos de plasma en los remanentes de Supernovas

Según la energía de sus partículas, los plasmas (como digo) constituyen el cuarto estado de agregación de la materia, tras los sólidos, líquidos y gases. Para cambiar de uno al otro, es necesario que se le aporte energía o que disminuya o aumente la temperatura. Si aumentamos de manera considerable la temperatura de un gas, sus átomos o moléculas adquieren energía suficiente para ionizarse al chocar entre sí. de modo que a ~ 20.000 K muchos gases presentan una ionización elevada. Sin embargo, átomos y moléculas pueden ionizarse también por impacto electrónico, absorción de fotones, reacciones químicas o nucleares y otros procesos.

Aquí podemos contemplar una enorme región ionizada en la Nebulosa del Pelícano. Estrellas nuevas emiten potente radiación ultravioleta que ataca el espesor de la Nebulosa molecular y hace que, el gas se ionice fuertemente creando una luminosidad que “viste” de azul claro todo el contorno que circunda el radio de acción de las estrellas.

Un plasma es un gas muy ionizado, con igual número de cargas positivas y negativas. Las cargas otorgan al Plasma un comportamiento colectivo, por las fuerzas de largo alcance existente entre ellas. En un gas, cada partícula, independientemente de las demás, sigue una trayectoria rectilínea, hasta chocar con otra o con las grandes paredes que la confinan. En un plasma, las cargas se desvían atraídas o repelidas por otras cargas o campos electromagnéticos externos, ejecutando trayectorias curvilíneas entre choque y choque. Los gases son buenos aislantes eléctricos, y los plasmas, buenos conductores.

En la Tierra, los plasmas no suelen existir en la naturaleza, salvo en los relámpagos, que son trayectorias estrechas a lo largo de las cuales las moléculas de aire están ionizadas aproximadamente en un 20%, y en algunas zonas de las llamas. Los electrones libres de un metal también pueden ser considerados como un plasma. La mayor parte del Universo está formado por materia en estado de plasma. La ionización está causada por las elevadas temperaturas, como ocurre en el Sol y las demás estrellas, o por la radiación, como sucede en los gases interestelares o en las capas superiores de la atmósfera, donde produce el fenómeno denominado aurora.

           En aquellos primeros momentos el plasma era lo que prevalecía como materia cósmica primera

“Las partículas del gas no tienen tiempo de recombinarse. La presencia de partículas ionizadas (electrones, protones) se da en el espacio, por ejemplo. (O sea que el universo es un plasma). El 99,99 por ciento de la materia visible del universo está en estado de plasma: el Sol, las estrellas, la materia interestelar…”

Así que, aunque escasos en la Tierra, el Plasma constituye la materia conocida más abundante del Universo, más del 99%. Abarcan desde altísimos valores de presión y temperatura, como en los núcleos estelares, hasta otros asombrosamente bajos en ciertas regiones del Espacio. Uno de sus mayores atractivos es que emiten luz visible, con espectros bien definidos, particulares en cada especie. Algunos objetos radiantes, como un filamento incandescente, con espectro continuo similar al “cuerpo negro”, o ciertas reacciones químicas productoras de especies excitadas, no son plasmas, sin embargo, lo son la mayoría de los cuerpos luminosos.

                                                                         Bombilla de incandescencia

Los Plasmas se clasifican según la energía media (o temperatura) de sus partículas pesadas (iones y especies neutras). Un primer tipo son los Plasmas calientes, prácticamente ionizados en su totalidad, y con sus electrones en equilibrio térmico con las partículas más pesadas. Su caso extremo son los Plasmas de Fusión, que alcanzan hasta 10⁸ K, lo que permite a los núcleos chocar entre sí, superando las enormes fuerzas repulsivas inter-nucleares, y lograr su fusión. Puede producirse a presiones desde 10¹⁷ Pa, como en los núcleos estelares, hasta un Pa, como en los reactores experimentales de fusión.

Alcator C-Mod tokamak | Research | MIT Plasma Science and Fusion Center

Los reactores de fusión nuclear prácticos están ahora un poco más cerca de la realidad gracias a nuevos experimentos con el reactor experimental Alcator C-Mod del MIT. Este reactor es, de entre todos los de fusión nuclear ubicados en universidades, el de mayor rendimiento en el mundo.

Los nuevos experimentos han revelado un conjunto de parámetros de funcionamiento del reactor, lo que se denomina “modo” de operación, que podría proporcionar una solución a un viejo problema de funcionamiento: cómo mantener el calor firmemente confinado en el gas caliente cargado (llamado plasma) dentro del reactor, y a la vez permitir que las partículas contaminantes, las cuales pueden interferir en la reacción de fusión, escapen y puedan ser retiradas de la cámara.

“Treinta y nueve edificios y áreas técnicas albergan el ITER Tokamak y sus sistemas de planta. El corazón de la instalación, el Edificio Tokamak, es una estructura de hormigón armado de siete pisos que se encuentra 13 metros por debajo del nivel de la plataforma y 60 metros por encima. El preensamblado de los componentes de Tokamak se lleva a cabo en el Salón de Asambleas adyacente. Otros edificios auxiliares en las inmediaciones del Edificio Tokamak incluyen torres de refrigeración, instalaciones eléctricas, una sala de control, instalaciones para la gestión de residuos y la planta de criogenia que proporcionará helio líquido para enfriar los imanes del ITER.”

Otros Plasmas son los llamados térmicos, con e ~lectrones y especies pesadas en equilibrio, pero a menor temperatura ~ 10³ – 10⁴ K, y grados de ionización intermedios, son por ejemplo los rayos de las tormentas o las descargas en arcos usadas en iluminación o para soldadura, que ocurren entre 10⁵ y ~ 10² Pa. Otro tipo de Plasma muy diferente es el de los Plasmas fríos, que suelen darse a bajas presiones ( < 10² Pa), y presentan grados de ionización mucho menores ~ 10^-4 – 10^-6. En ellos, los electrones pueden alcanzar temperaturas ~ 10⁵ K, mientras iones y neutros se hallan a temperatura ambiente. Algunos ejemplos son las lámparas de bajo consumo y los Plasmas generados en multitud de reactores industriales para producción de películas delgadas y tratamientos superficiales.

El Observatorio Espacial Herschel de la ESA ha puesto de manifiesto las moléculas orgánicas que son la llave para la vida en la Nebulosa de Orión, una de las regiones más espectaculares de formación estelar en nuestra Vía Láctea. Este detallado espectro, obtenido con el Instrumento Heterodino para el Infrarrojo Lejano (Heterodyne Instrument for the Far Infrared, HIFI) es una primera ilustración del enorme potencial de Herschel-HIFI para desvelar los mecanismos de formación de moléculas orgánicas en el espacio. Y, para que todo eso sea posible, los Plasmas tienen que andar muy cerca.

En los Plasmas calientes de precursores moleculares, cuanto mayor es la ionización del gas, más elevado es el grado de disociación molecular, hasta poder constar solo de electrones y especies atómicas neutras o cargadas; en cambio, los Plasmas fríos procedentes de especies moleculares contienen gran proporción de moléculas y una pequeña parte de iones y radicales, que son justamente quienes proporcionan al Plasma su característica más importante: su altísima reactividad química, pese a la baja temperatura.

En la Naturaleza existen Plasmas fríos moleculares, por ejemplo, en ciertas regiones de las nubes interestelares y en las ionosfera de la Tierra y otros planetas o satélites. Pero también son producidos actualmente por el ser humano en gran variedad para investigación y multitud de aplicaciones.

En un número de la Revista Española de Física dedicado al vacío, el tema resulta muy apropiado pues no pudieron generarse Plasmas estables en descargas eléctricas hasta no disponer de la tecnología necesaria para mantener presiones suficientemente bajas; y en el Universo, aparecen Plasmas fríos hasta presiones de 10 ⁻ ¹⁰ Pascales, inalcanzable por el hombre.

Lo que ocurre en las Nubes moleculares es tan fantástico que, llegan a conseguir los elementos necesarios para la vida prebiótica que, más tarde situados en el planeta y ambiente adecuados,  tras cumplirse las reglas y cubrir los parámetros adecuados, dan lugar al surgir de la vida.

El papel de las moléculas en Astronomía se ha convertido en un área importante desde el descubrimiento de las primeras especies poliatómicas en el medio interestelar. Durante más de 30 años, han sido descubiertas más de 150 especies moleculares en el medio interestelar y gracias al análisis espectral de la radiación. Muchas resultan muy exóticas para estándares terrestres (iones, radicales) pero buena parte de estas pueden reproducirse en Plasma de Laboratorio. Aparte del interés intrínseco y riqueza de procesos químicos que implican, estas especies influyen en la aparición de nuevas estrellas por su capacidad de absorber y radiar la energía resultante del colapso gravitatorio, y de facilitar la neutralización global de cargas, mucho más eficientemente que los átomos.

Su formación en el espacio comienza con la eyección de materia al medio interestelar por estrellas en sus últimas fases de evolución y la transformación de éstas por radiación ultravioleta, rayos cósmicos y colisiones; acabando con su incorporación a nuevas estrellas y Sistemas planetarios, en un proceso cíclico de miles de millones de años.

En las explosiones supernovas se producen importantes transformaciones en la materia que, de simple se transforma en compleja y dan lugar a todas esas nuevas especies de moléculas que nutren los nuevos mundos en los que podemos encontrar elementos como el oro y el platino que han sido creados en sucesos de una magnitud aterradora donde las fuerzas desatadas del Universo han quedado sueltas para transformarlo todo.

El H₂ y otras moléculas diatómicas homo-nucleares carecen de espectro rotacional. Detectando las débiles emisiones cuadru-polares del H₂ en infrarrojo, se ha estimado una proporción de H₂ frente a H abrumadoramente alto ( ~ 10⁴) en Nubes Interestelares con densidades típicas de ~ 10⁴ partículas /cm³; pero dada la insuficiente asociación radiactiva del H para formar H₂, ya mencionada, el H₂ debe producirse en las superficies de granos de polvo interestelar de Carbono y Silicio, con diámetros ~ 1 nm — μm, relativamente abundantes en estas nubes.

Experimentos muy recientes de desorción programada sobre silicatos ultra-fríos, demuestran que tal recombinación ocurren realmente vía el mecanismo de Langmuir-Hinshelwood, si bien los modelos que expliquen las concentraciones de H₂ aún deben ser mejorados.

Por otro lado, ciertas regiones de las nubes en etapas libres de condensación estelar presentan grados de ionización ~ 10^-8 – 10^-7 a temperaturas de ~ 10 K. La ionización inicial corresponde principalmente al H₂ para formar H₂ ⁺, que reacciona eficientemente con H₂, dando H₃ ⁺ + H (k = 2• 10^-9 cm³ • s^-1.

El H₃, de estructura triangular, no reacciona con H₂ y resulta por ello muy “estable” y abundante en esas regiones de Nebulosas intelestelares, donde ha sido detectado mediante sus absorciones infrarrojas caracterizadas por primera vez en 1980 en descargas de H₂ en Laboratorio.

La constelación de Orión contiene mucho más de lo que se puede ver, ahí están presentes los elementos que como el H₂ que venimos mencionando, tras procesos complejos y naturales llegan a conseguir otras formaciones y dan lugar a la parición de moléculas significativas como el H₂O o HCN y una gran variedad de Hidrocarburos, que podrían contribuir a explicar en un futuro próximo, hasta el origen de la vida.

La detección por espectroscopia infrarroja de COH⁺ y N₂H⁺, formados en reacciones con H₃ ⁺ a partir de CO y N₂, permite estimar la proporción de N₂/CO existente en esas regiones, ya que el N₂ no emite infrarrojos. Descargas de H₂ a baja presión con trazas de las otras especies en Laboratorio conducen casi instantáneamente a la aparición de tales iones y moléculas, y su caracterización puede contribuir a la comprensión de este tipo de procesos.

Así amigos míos, hemos llegado a conocer (al menos en parte), algunos de los procesos asombrosos que se producen continuamente en el Espacio Interestelar, en esa Nebulosas que, captadas por el Hubble u otros telescopios, miramos asombrados maravillándonos de sus colores que, en realidad, llevan mensajes que nos están diciendo el por qué se producen y que elementos son los causantes de que brillen deslumbrantes cuando la radiación estelar choca de lleno en esas nubes en la que nacen las estrellas y los nuevos mundos…y, si me apuráis un poco, también la vida.

emilio silvera

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Repasemos cosas interesantes y viajemos hasta el siglo XIX, que fue vital para la ciencia. Aunque la ciencia ya había mostrado para entonces su capacidad única para estudiar qué sucede en la naturaleza y qué principio (o leyes) la gobiernan, y contaba por entonces con una larga lista de teorías, datos y héroes científicos, no se había convertido todavía en una gran empresa, en la “profesión” que terminaría siendo.

                                           Michael Faraday, James Maxwell y Heinrich Hertz

La “profesionalización” e “institución” de la ciencia, entendiendo por tal que la práctica de la investigación científica se convirtiese en una profesión cada vez más abierta a personas sin medios económicos propios, que se ganaban la vida a través de la ciencia y que llegasen a atraer la atención de gobiernos e industrias, tuvo su explosión a lo largo de 1800, y muy especialmente gracias al desarrollo de dos disciplinas, la química orgánica y el electromagnetismo.

                      Charles Lyell                           Darwin                                                            Pasteur

Estas disciplinas, junto a las matemáticas, la biología y las ciencias naturales (sin las cuales sería una necedad pretender que se entiende la naturaleza, pero con menos repercusiones socio-económicas), experimentaron un gran desarrollo entonces, tanto en nuevas ideas como en el número de científicos importantes: Faraday, Maxwell, Lyell, Darwin y Pasteur, son un ejemplo. Sin olvidar a otros como Mendel, Helmholtz, Koch, Virchow, Lister o Kelvin, o la matemática de Cauchy, de Gauss, Galois, Fourier, Lobachevski, Riemann, Klein, Cantor, Russell, Hilbert o Poincaré. Pero vamos a pararnos un momento en Faraday y Maxwell.

                           Gauss                                 Cantor                                                Poincaré

Para la electricidad, magnetismo y óptica, fenómenos conocidos desde la antigüedad, no hubo mejor época que el siglo XIX. El núcleo principal de los avances que se produjeron en esa rama de la física (de los que tanto se benefició la sociedad –comunicaciones telegráficas, iluminación, tranvías y metros, etc.–) se encuentra en que, frente a lo que se suponía con anterioridad, se descubrió que la electricidad y el magnetismo no eran fenómenos separados.

                                                                              Hans Christian Oersted

El punto de partida para llegar a este resultado crucial fue el descubrimiento realizado en 1820 por el danés Hans Christian Oersted (1777 – 1851) de que la electricidad produce efectos magnéticos: observó que una corriente eléctrica desvía una aguja imanada. La noticia del hallazgo del profesor danés se difundió rápidamente, y en París André-Marie Ampère (1775 – 1836) demostró experimentalmente que dos hilos paralelos por los que circulan corrientes eléctricas de igual sentido, se atraen, repeliéndose en el caso de que los sentidos sean opuestos.

La turbulenta corriente histórica de André-Marie Ampère 

Poco después, Ampère avanzaba la expresión matemática que representaba aquellas fuerzas. Su propósito era dar una teoría de la electricidad sin más que introducir esa fuerza (para él “a distancia”).

Pero el mundo de la electricidad y el magnetismo resultó ser demasiado complejo como para que se pudiera simplificar en un gráfico sencillo, como se encargó de demostrar uno de los grandes nombres de la historia de la ciencia: Michael Faraday (1791 – 1867), un aprendiz de encuadernador que ascendió de ayudante de Humphry Davy (1778 – 1829) en la Royal Intitution londinense.

En 1821, poco después de saber de los trabajos de Oersted, Faraday, que también dejó su impronta en la química, demostró que un hilo por el que pasaba una corriente eléctrica podía girar de manera continua alrededor de un imán, con lo que vio que era posible obtener efectos mecánicos (movimiento) de una corriente que interacciona con un imán. Sin pretenderlo, había sentado el principio del motor eléctrico, cuyo primer prototipo sería construido en 1831 por el físico estadounidense Joseph Henry (1797 – 1878).

Lo que le interesaba a Faraday no eran necesariamente las aplicaciones prácticas, sino principalmente los principios que gobiernan el comportamiento de la naturaleza, y en particular las relaciones mutuas entre fuerzas, de entrada, diferentes. En este sentido, dio otro paso importante al descubrir, en 1831, la inducción electromagnética, un fenómeno que liga en general los movimientos mecánicos y el magnetismo con la producción de corriente eléctrica.

Este fenómeno, que llevaría a la dinamo, representaba el efecto recíproco al descubierto por Oersted; ahora el magnetismo producía electricidad , lo que reforzó la idea de que un lugar de hablar de electricidad y magnetismo como entes separados, sería más preciso referirse al electromagnetismo.

La intuición natural y la habilidad experimental de Faraday hicieron avanzar enormemente el estudio de todos los fenómenos electromagnéticos. De él es, precisamente, el concepto de campo que tanto juego ha dado a la física.

Este físico formuló la teoría clásica de electromagnetismo reduciendo que la luz está hecha de campos eléctricos y magnéticos que se van propagando de forma continua por el espacio. Todas estas deducciones las introdujo en las ecuaciones de Maxwell para reflejar y demostrar su teoría. Esta teoría llevó a la predicción de la existencia de las ondas de radio y a las de radiocomunicaciones. El plasmó en las matemáticas los trabajos de faraday.

Sin embargo, para desarrollar una teoría consistente del electromagnetismo se necesitaba un científico distinto: Faraday era hábil experimentador con enorme intuición, pero no sabía expresar matemáticamente lo que descubría, y se limitaba a contarlo. No hubo que esperar mucho, ni salir de Gran Bretaña para que un científico adecuado, un escocés de nombre James Clerk Maxwell (1831 – 1879), hiciera acto de presencia.

Maxwell desarrolló las matemáticas para expresar una teoría del magnetismo-electricidad (o al revés) que sentó las bases físicas de aquel fenómeno y contestaba a todas las preguntas de los dos aspectos de aquella misma cosa, el electromagnetismo. En sus ecuaciones vectoriales estaban todos los experimentos de Faraday, que le escribió una carta pidiéndole que le explicara, con palabras sencillas, aquellos números y letras que no podía entender.

Pero además, Maxwell también contribuyó a la física estadística y fue el primer director del Laboratorio Cavendish, unido de manera indisoluble a la física de los siglos XIX y XX (y también al de biología molecular) con sede en Cambridge.

                    

Las ecuaciones de Maxwell son, quizá, el mejor legado que ha dejado este científico. Puesto que su nivel y sus aportes la ciencia eran cada vez mayores, pudo ingresar en el Royal Society en el año 1861. Aquí fue donde el público o la teoría electromagnética de la luz y regresó con su familia a la casa de sus Padres en Escocia. Fue nombrado director del Cavendish laboratory de Cambridge el año 1871 (como os conté en un trabajo anterior).

Su conjunto de ecuaciones de, o en, derivadas parciales rigen el comportamiento de un medio (el campo electromagnético) que él supuso “transportaba” las fuerzas eléctricas y magnéticas; ecuaciones que hoy se denominan “de Maxwell”. Con su teoría de campo electromagnético, o electrodinámica, Maxwell logró, además, unir electricidad, magnetismo y óptica. Las dos primeras, como manifestaciones de un mismo substrato físico, electromagnético, que se comporta como una onda, y la luz, que es ella misma, una onda electromagnética, lo que, en su tiempo, resultó sorprendente.

Más de ciento treinta años después, todavía se podía o se puede apreciar la excitación que sintió Maxwell cuando escribió en el artículo Sobre las líneas físicas de la fuerza, 1861 – 62, en el que presentó esta idea: “Difícilmente podemos evitar la inferencia de que la luz consiste de ondulaciones transversales del mismo medio que es la causa de los fenómenos eléctricos y magnéticos.”

Todo aquello fue posible gracias a las bases sentadas por otros y a los trabajos de Faraday como experimentador infatigable, que publicaba sus resultados en artículos y los divulgaba en conferencias en la sede de la Royal Institution londinense. Todos estos artículos y conferencias fueron finalmente publicados en el libro que llamaron Philosophical transactions de la Royal Society, y Experimental researches in chemistry and physics (Richard Taylor y William Francis, Londres, 1859; dos grandes científicos unidos por la historia de la ciencia que nos abrieron puertas cerradas que nos dejaron entrar al futuro).

emilio silvera

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