01 Encic Labor - Materia y Energia - De La Filosofia Natural a La Fisica Nuclear

8/14/2019 01 Encic Labor - Materia y Energia - De La Filosofia Natural a La Fisica Nuclear

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Generador de impulsos de tensión del orden de tres millones de voltios, destinados a la obtención de radioelementos, en elLaboratorio de Síntesis Atómica del " Collége de France ", instalado en Ivry-sur-Seine, cerca de París. (Fot. Doisneau, facilitada por la representación en España del Ministerio de Información de Francia)



DE LA FILOSOFÍA NATURAL A LA FÍSICA NUCLEAR

No es cosa fácil, sino empresa harto ardua (al menos para nuestras menguadas fuerzas), dar unavisión de conjunto del panorama que actualmente ofrecen la Físico-química y su rama la Atomística,apoyándose en la evolución histórica desde sus albores verdaderamente científicos al finalizar la Edad

Media, o sea, el Renacimiento, que en Filosofía natural personificó Galileo, debilitando la gran autoridadde que gozaban Platón y Aristóteles desde la Antigüedad.Aun a riesgo de parecer poco ortodoxo, se nos vienen a los puntos de la pluma unos juiciosos pá-

rrafos de Le Jardín d'Épicure, de Anatole France, en los que este autor aconseja cómo lograr aque-lla difícil facilidad de exposición sintética que bien quisiéramos para nosotros : " Mostrad en pocas pala-bras los principios básicos de una ciencia, por medio de algunos ejemplos sorprendentes. Debéis sergeneralizadores y filósofos, pero ocultando de tal modo vuestra filosofía, que se os crea tan sencillos comolos espíritus a los cuales os dirigís. Exponed, sin jerga de ninguna clase, en el lenguaje vulgar y comúna todo el mundo, aquel número reducido de hechos que sorprendan la imaginación y satisfagan el juicio.No os alabéis de explicar muchas cosas. Excitad tan sólo la curiosidad. Contentaos con despertar elespíritu, sin recargarlo ".

FILOSOFÍA NATURAL

En una conferencia radiada, el 21 de enero de 1936, por el que fue ilustre catedrático de la Univer-sidad Central, Prof. Blas Cabrera, intitulada " La Física que aprendió nuestra generación y la que hoyse enseña ", decía nuestro querido maestro (1) : "A los físicos de mi generación les ha tocado en suertevivir uno de estos momentos (de convulsión científica), sin duda el más dramático desde los días deNewton... Profunda y rápida fue la transformación que la teoría relativista produjo en la Física, perocon ella no se rompían los cánones más fundamentales del conocimiento... Pero más dramáticos trancesha pasado mi generación al penetrar en la estructura del mundo atómico... Ninguna generación se havisto en esta situación, obligada a profesar una ciencia que aparece más remota de la que aprendió enlas aulas universitarias que la que separaba el saber de nuestros profesores de lo que enseñaban losfilósofos griegos ".

Estas certeras frases, pronunciadas hace más de cuatro lustros, siguen conservando su plena actuali-dad, pues son aplicables íntegramente a la Ciencia actual, más adecuadamente, si cabe, que en los

pretéritos días en que fueron pronunciadas.En efecto, más que en ninguna otra época, los progresos recientes en los dominios de la Físicay Química, Atomística, etc., han modificado tan profundamente nuestra concepción del Universo, quellegan hasta el extremo "de obligarnos a pensar seriamente en el propio -porvenir de nuestra especie.A este respecto, Thibaud se pregunta en el prólogo de su libro Energía Atómica y Universo : " ¿Ha llegadola Humanidad a una situación tal, que se halla en condiciones (siendo en esto la única de las especiesanimales) de poner término a su propia existencia, por medios técnicos apropiados, al mismo tiempoque de destruir el globo que le sirve de soporte? ".

Mas no nos dejemos llevar por el pesimismo y abramos el pecho a la esperanza, recordando aquelconfortador pasaje del discurso pronunciado por el famoso P. Curie con ocasión de serle entregado elpremio Nobel en 1905, cuando decía : " Yo soy de los que piensan, lo mismo que Nobel, que la Huma-nidad sacará más bien que mal de los nuevos descubrimientos ".

Si un ser racional, extranjero de nuestro mundo civilizado y, por tanto, desconocedor de la expe-

riencia que atesoramos, fuera bruscamente dotado con el máximo refinamiento de observación y plenacapacidad intelectual, al examinar los sistemas del conocimiento que a través de las edades han con-tribuido a su estado actual, no podría por menos de llegar a la conclusión (de acuerdo con el comúnconsenso) de que el esquema físico está en gran avance sobre todos los demás.

Durante la Edad Media, la descripción del mundo más aceptada se componía de elementos extraídosde la filosofía griega y del dogma cristiano ; las concepciones matemáticas y mecánicas de Arquímedesdominaron durante los diez primeros siglos bien cumplidos de historia. Si bien los principios de laEstática fueron ya correctamente presentidos por sus cultivadores en la Antigüedad, los de la Dinámica(tanto tiempo sojuzgados por las falsas concepciones de la escuela aristotélica) no comenzaron a abrirsepaso hasta finales de la Edad Media y principios de la Moderna. A este respecto, gracias a los magis-trales trabajos del gran físico francés Duhem (2), sabemos la importante contribución al desarrollo delos principios de la Mecánica, debida a los " maitres parisiens " Jordanus de Nemore, Juan Buridan,Alberto de Sajonia, Nicolás Oresme y al genial precursor artista y científico Leonardo da Vinci, mientras

(1) B. CABRERA, Las Ciencias (An. Asoc. Bsp. Prog. de las Ciencias, tomo III, n.° 1, 41-4, 1936).(2) P. DUHEM, Études sur Léonard de Vinci, 3 volúmenes. (Hermann, París, 1906-13).



XXXII DE L A F I L O S O F Í A N AT UR AL A L A F Í S I C A N UC LE AR

Alejandro Volta presenta, en 1801, la pila eléctrica de su invención a Napoleón Bonaparte, Primer Cónsul, quien leconcedió el título de Conde de Volta y lo nombró Senador del Reino de Italia, como premio a sus descubrimientos

científicos. (Según el cuadro del pintor milanés Giuseppe Bertini)

su casi contemporáneo Guillermo Gilbert (1540-1603), médico de la reina Isabel de Inglaterra, estudiabala electrización de los cuerpos, el magnetismo terrestre y los imanes.

La revolución científica con que se inició el siglo xvii, coincidió con la revolución filosófica provo-cada independientemente por Bacon y Descartes, consistente en la sustitución del esquema medievalpor la llamada por Dingle filosofía del sentido común, pues adoptó como dogma fundamental la divisióncartesiana del objeto de investigación, en objetos o cosas de extensión y objetos de pensamiento, o, másabreviadamente, materia y mente. Como comprobaron Galileo y Newton, la materia era relativamentefácil de estudiar, mientras que la mente lo era poco menos que imposible. El resultado fue que los físicos,triunfantes exploradores de la Naturaleza, tendieron a eliminar la mente del campo de sus investiga-ciones, considerándola simplemente como el medio de investigación.

Por lo tanto, el mundo era, en la concepción de los físicos, el mundo material o de la substancia, siadoptamos el término escolástico. Sus componentes se movían en el espacio y en el tiempo, que cons-tituyen, en cierto modo, una parte del Universo, pero no su totalidad, evidentemente ; Euclides habíaformulado hacía siglos las leyes del Espacio, y la noción de tiempo era algo indefinible, innato e intuitivoen la conciencia del hombre (1). El llamado método científico de Galileo y Newton constituyó el apropiadomedio para el estudio del mundo material o substancial, mediante sus dos potentes instrumentos detrabajo : la observación en forma de experimento (es decir, observación bajo condiciones determinadas)

'y la razón en forma de matemáticas.

(1) Conocido es el bello pasaje de San Agustín : " Quid ergo est tempus? Si nenio ex me quarat, scio; si quaerentiexplicare velim, nescio ". " ¿Qué es el tiempo? Si no me lo preguntan, lo sé ; si lo quiero explicar, no lo sé ". Para Newton, " "etiempo absoluto verdadero y matemático, considerado sin relación con nada exterior, fluye uniformemente por propianaturaleza " (Tempus absolutum verum et mathematicum in se et natura sua sine relatione ad externum quodvis equaliter fluit).

"Nad a más fácil — dice Balmes — que contar el tiempo, pero nada más difícil que concebirlo en su esencia. En loprimero no se distingue el rudo del sabio; ambos tienen ideas igualmente claras ; lo segundo es sumamente difícil aun a los

hombres más eminentes". Entre los filósofos contemporáneos, Bergson afirma que " el tiempo es memoria".En realidad, espacio y tiempo son ideas o conceptos primarios, imposibles de definir. Como dice Vierendel, pretender definirlos es oscurecerlos.



D E L A F I L O S O F Í A N A T U R A L A L A F Í S I C A N U C L E A R X X X I I I

Así, pues, la parte de la Física más antigua y menos compleja la constituye la Mecánica, que ensus principios fue un estudio deliberadamente superficial de la materia. Después de los memorablestrabajos de Kepler, Galileo, Descartes, Huygens y, sobre todo, del genial Newton con sus Philosophie

Naturalis Principia Matheniatica (1), y de la codificación de sus leyes por los genios de Euler, Lagrangey Laplace, sobreviene el enorme desarrollo de las diversas ramas en que se subdividió la Mecánica y elnúmero sin cesar creciente de sus aphcaciones en los siglos xix y actual.

La segunda mitad del siglo pasado se caracteriza por las nuevas aplicaciones que de la mecánicanewtoniana se hicieron a dominios distintos de los de la Astronomía y mecánica de masas visibles, a las

que se habían reducido prácticamente antes de 1850. Como dijo Poincaré, "la Humanidad aprendió sulección de Mecánica siguiendo los movimientos celestes y planetarios ". Todos los modelos de éter conce-bidos durante el siglo xix son fruto de la mecánica newtoniana, cuyas huellas quedaron grabadasasimismo en los primitivos modelos atómicos. Pero quizá la más admirable expresión directa de aquelladoctrina reside en la teoría cinética de los gases, cuya génesis y desarrollo, hasta lograr el alto gradode precisión de la mecánica estadística (Gibbs), fue obra casi exclusiva de este período.

Durante el mismo, se consiguió igualmente la gran generalización de las relaciones entre las fuer-zas eléctricas y magnéticas, que en manos de Maxwell y Hertz condujo a la formulación y triunfo dela teoría electromagnética de la luz. El firme establecimiento de la teoría ondulatoria de la luz por Youngy Fresnel, en los primeros años del siglo pasado, implicaba necesariamente la concepción de un éter,mientras que las partículas luminíferas de Newton podían avanzar a través del espacio vacío, la propa-gación de ondas parecía exigir la existencia de un medio a través del cual pudieran propagarse aquéllas.

Sin embargo, para que el éter espacial pudiera explicar satisfactoriamente los hechos de experiencia,

debía poseer un conjunto de propiedades muy especiales (fantásticos valores de elasticidad y densidad,conjuntamente con un grado de enrarecimiento inconcebible) y en cierto modo contradictorias, caracte-rizándose la historia de la Física durante la segunda mitad del siglo pasado por el derroche de ingenio,imaginación y recursos matemáticos empleados en la concepción de diversos tipos de éteres, segúnpuede verse en la renombrada obra de F. Whittaker, History of the Tiieories of the Ether and Elec-tricity (Edimburgo, 1951).

Inventada por Voltaen los últimos años delsiglo XVIII su famosa pilaeléctrica, tan celebradaen Italia y Francia (endonde incluso fue felicita-do por Napoleón), Oersted

descubría casualmente la fuerza magnética que unacorriente eléctrica producíasobre una aguja imanada,a la que desviaba, y actoseguido, Ampére (el New-ton de la electricidad) edi-ficó una bellísima teoríamatemática de este efectoy de las acciones mutuasentre corrientes estaciona-rias. Faraday, el " príncipede los experimentadores ",después de sus sagaces in-vestigaciones en 1830, enun -ciaba las leyes de la induc-ción electromagnética, avan-zando una teoría general delas acciones magnéticas yeléctricas, basada en las lí-neas de fuerza. Haremos hin-capié sobre el gran contras-te entre los puntos de vista de Faraday acerca de lo que fue el primero en designar como campo electro-magnético y las concepciones reinantes sobre el mismo en aquella época ; la generalización del concepto

Hans Chr istian Oested (1777-1851) Adr ián Marie Ampére (1775-1836)El nombre de estos dos sabios, sueco el primero y francés el segundo, va unido a los co-mienzos del electromagnetismo. (De " La Historia General de las Ciencias ", bajo la di-

rección de René Taton. En prensa. Ed. Labor, S. A.)

(1L) De esta obra inmortal dijo el gran físico-matemático francés Laplace :" Elle demeurera toujours preeminente audessus de toutes les autres productions de l'esprit humain ".

En la casa natal de Newton está colgado encima del hogar un cuadrito con el famoso pareado de Pope : "Natureand Nature laws lay hid night in God said, let Newton be!., and all was light ".

c. ENCICLOPEDIA. II. — 2.a ed., 1.a r.



D E L A F I L O S O F Í A N A T U R A L A L A F Í S I C A N U C L E A R

Miguel Faraday dedicado a sus trabajos de investigación en el laboratorio de la Royal Institution, de landres,hacia 1852. (De un grabado en madera que reproduce el cuadro de Harriet Moore, propiedad de la Royal Institution)

de campo de una magnitud física cualquiera, es decir, la región del espacio en donde es sensible o semanifiesta dicha magnitud (campo de fuerzas, de velocidades, de temperaturas, etc.), ha sido de unafecundidad extraordinaria, como instrumento científico — la invención más importante a partir de la épocade Newton, según Einstein (1) —. Faraday insistió principalmente sobre el papel desempeñado por elmedio en los fenómenos electromagnéticos. Fruto de sus maduras reflexiones es su poco conocido trabajo,publicado en 1851, On Unes of magnetic force; their definite character and their distribution within a magnet and through space.

En 1855, el genial escocés J. C. Maxwell escribía su primera Memoria sobre electricidad, tituladaFaraday lines of force, en la que demostraba que la concepción de las líneas de fuerza era susceptible de con-ducir a resultados matemáticos precisos. En ella decía : "Mediante un cuidadoso estudio de las leyes delos sólidos elásticos y del movimiento de los líquidos viscosos, espero llegar a descubrir un método paraconseguir una concepción mecánica del estado eléctrico adaptado al razonamiento general". Este párrafoexpresa bien claramente la ambición general del hombre de ciencia de aquel período, es decir, la in-

vestigación de las características mecánicas que debía poseer un éter para que cumpliera sus finesprimordiales.Algunos años más tarde, Maxwell desarrollaba sus ideas, sentando las bases de su teoría electro-

magnética de la luz. Según el genial físico, toda corriente eléctrica es siempre cerrada, y para explicar lasnumerosas excepciones que continuamente observamos en la vida cotidiana (por ejemplo, en la des-carga de un condensador), admitió las corrientes de corrimiento en el vacío, concepto difícil de intuir,pues no presupone el movimiento de cargas eléctricas, como en las corrientes de conducción a través delos metales. Fundándose en sus famosas ecuaciones del campo electromagnético (de las que más tardeotro gran físico austríaco, Boltzman, recordando las frases del " Fausto ", se preguntaba si habían sidoobtenidas por un dios), predijo la existencia de ondas electromagnéticas y calculó su velocidad de pro-pagación, encontrándola sensiblemente igual a la de la luz. Esto constituye uno de los más grandesdescubrimientos unificadores de la Física, simbolizado en el gran Tratado de Electricidad y Magnetismode Maxwell, que constituye la expresión matemática de las primitivas concepciones de Faraday.

(1) A. EINSTEIN y L. INFELD, La Física, aventura del pensamiento, pág. 293. Ed. Losada, Buenos Aires, 1945.

XXXIV



D E L A F I L O S O F Í A N A T U R A L A L A F Í S I C A N U C L E A R XXXV

Estas importantísimas contribuciones de Ampére y Maxwell a la teoría del electromagnetismo, conjuntamente con las del gran físico-matemático Laplace sobre el potencial newtoniano, las de los torbelli-nos de Helrnholtz, etc., pusieron de manifiesto notables analogías entre las leyes que rigen fenómenostan dispares como la atracción universal, el fluir de los líquidos o la inducción electromagnética. ElloIndica que estas diversas fenomenologías tienen un origen o común soporte, es decir, el espacio; deahí su geometrización, concretada en la noción de campo, y sus modernas teorías vectoriales, ten-soriales, etc.

Muerto el glorioso físico escocés sin haber visto comprobadas experimentalmente sus renovadoras

concepciones, al malogrado físico alemán Hertz, después de deducir las ecuaciones de Maxwell pordistinto camino, le cupo la gloria de producir ondas electromagnéticas medíante la chispa oscilante;conjuntamente con Fitzgerald y Trouton, demostró que las propiedades ondulatorias de la luz (reflexión,refracción, polarización, etc.) las poseen asimismo las ondas electromagnéticas, así obtenidas, quedandoirrefutablemente comprobada la teoría electromagnética de la luz. Creemos innecesario hacer hincapiésobre la trascendencia y el portentoso desarrollo alcanzado en nuestros días por el descubrimiento deHertz. Los formidables progresos de la electrodinámica en sus innumerables aplicaciones técnicas sonconsubstanciales con las generaciones de la primera mitad del siglo xx : incesantes avances en la produc-ción de energía eléctrica cada vez en mayor escala y empleando tensiones siempre más elevadas, y sutransmisión a. grandes distancias (líneas proyectadas ya a medio millón de voltios y enlaces intercon-tinentales), profusión de métodos de telecomunicación en telegrafía, telefonía, radiocomunicación, etc.Desde los primeros éxitos de Marconi en 1895, la radiodifusión se ha convertido en un potente factor denuestra civilización.

Las ondas electromagnéticas abarcan la totalidad de la Óptica, pero es imposible exponer aquí detalladamente sus progresos durante los últimos cincuenta años en todas las ramas de la investigaciónóptica, y menos aún en su aspecto práctico.

Los perfeccionamientos y refinamientos en toda clase de aparatos ópticos, en investigaciones teó-ricas y experimentales relativas a difracción, refracción, absorción y dispersión, han sido verdadera-mente extraordinarios. Citaremos tan sólo los másculminantes en el campo de la espectroscopia : des-cubrimiento de la interacción de los campos eléc-trico y magnético con la luz (efectos Zeemann yStark), la ingente tarea (todavía no totalnentelograda) de desentrañar las series espectrales porRydberg, Ritz, Paschen, Runge, Sommerfeld yotros (entre los que descuella el profesor español

Catalán), el efecto Raman, la extensión del espectrovisible hacia el ultraviolado y el infrarrojo, y elenlace de este último con las microondas hertzianas.Con el auxilio de estas ondas de gran potencia(obtenidas mediante el magnetrón) se logró la de-tección de aeronaves, submarinos, etc. (radar), enla última guerra mundial, y en el laboratorio,el estudio microfísico de los átomos, moléculasy cristales por la resonancia magnética (Cleeton yWilliams, Griffith), la determinación de momentosde rotación (spin nucleares), momentos cuadrupo-lares, etc. También, gracias a las microondas, sehan enriquecido notablemente nuestros conoci-

mientos geográficos y astrofísicos, como el sondeode la ionosfera (Appleton y Barnet, Breit y Tuve),reflexión sobre la Luna y meteoros (Hey y Stewart,1946), y observación de las procedentes de la VíaLáctea (Janski, Reber) y de numerosas radioestre-llas recientemente descubiertas, asi como de nues-tro Sol, lo que ha permitido el trazado de unatlas radioceleste completamente distinto del vi-sual. La naciente Radioastronomía está llamada aejercer gran influencia y cambios profundos sobrela Cosmología, y gracias al empleo de los cada vezmás gigantescos radiotelescopios construidos en

estos últimos años, los límites observables del Universo han retrocedido fantásticamente (hasta dis-tancias del orden del millar de millones de parsecs), a cuyos insondables abismos no alcanzan ni aunel mayor telescopio óptico actual.

Radiotelescopio de Toddrell Bank (Manchester), el mayordel mundo. Tiene una abertura de 80 m., siendo orientable

en azimut y altura. (Fot. Dr. Baltá)



XXXV] DE I, A FILOSOFÍ A N A T U R A L A I. A F I S I C A N U C L E A R

De otra parte, desde la memorable noche del 4 de octubre de 1957 en que fue lanzado el primersatélite artificial por los físicos rusos, la exploración del espacio más o menos inmediato a la Tierra haadquirido una envergadura insospechada por la importancia de los resultados conseguidos en el mejory más preciso conocimiento de los diversos factores geofísicos y astrofísicos que determinan las condi-ciones y características del planeta que habitamos.

Al hacer el balance de los óptimos frutos científicos recogidos en tan diversos dominios como aestructura de la atmósfera, composición molecular e iónica temperatura de la atmósfera superior, cons-titución de la ionosfera y sus corrientes eléctricas, génesis de las auroras polares, etc., hasta el descu-brimiento de la sorprendente doble envoltura (llamada de Van Alien, nombre de su descubridor) deintensa radiación, que se extiende hasta más allá de los diez radios terrestres, hay que rendir un tributode profunda y sincera gratitud a los organizadores del pasado Año Geofísico Internacional (I. G. I.),que, preconizando el empleo de cohetes y satélites artificiales como medios de investigación de la exos-

fera y aun más allá, ha rebasado todas las previsiones, por muy optimistas que fueran, y ha dadounos resultados magníficamente prometedores.

La teoría del calor, en nuestros días, arranca de los trabajos fundamentales de Carnot en el primercuarto del siglo pasado, contemporáneo de otro gran físico francés, Fourier, quien publicó por la mismaépoca su célebre Théorie analytique de la chaleur, tratado de carácter matemático, en el que, sin avanzarhipótesis alguna sobre la naturaleza del calor, sólo se admite que su propagación es proporcional algradiente o caída de temperaturas.

Los primeros cálculos del equivalente mecánico del calor por J. R. Mayer datan de 1842 a 1845, pero nomerecieron atención alguna hasta que Tyndall, en 1862, reconoció su mérito. Sin embargo, puede decirse

que fueron los trabajos de Joule, entre 1843 y 1878, los que demostraron de modo convincente la equivalen-cia entre trabajo y calor, obteniendo valores concordantes del equivalente mecánico de la caloría, no sólomediante su clásico dispositivo (descrito en todos los textos de Física), sino gracias a otros, como la compre-sión de un gas, circulación del agua por tubos capilares, etc. Esta notable concordancia llevó al estableci-miento de la primera ley o postulado de la Termodinámica, enunciado por Clausius en 1850, casi simultánea-mente con el segundo principio, que ya había adelantado W. Thomson (Lord Kelvin), aunque en formaalgo diferente.

La segunda mitad del siglo pasado asistió al rápido desarrollo de los dos métodos para el estudiode los fenómenos caloríficos, a saber : uno, el termodinámica (transformaciones mutuas del calor entrabajo y viceversa, de acuerdo con los dos principios), y el mecánico estadístico, que, aceptando la estruc-tura atómica de la materia, calcula los efectos caloríficos y sus transformaciones como promedios esta-dísticos de fenómenos atómicos.

Clausius introdujo el concepto de entropía, idea prodigiosamente abstracta, palabra misteriosa y

oscura -— según H. Poincaré — sobre la que han palidecido muchas generaciones de estudiantes, con la cualse expresa la disponibilidad de energía en un sistema termodinámico. En la interpretación estadística(hoy universalmente admitida), la entropía de un sistema resulta directamente proporcional a la probabi-lidad que aquél tiene de encontrarse en el estado considerado. En esta concepción, el segundo principio deTermodinámica o del aumento constante de la entropía (la entropía del Universo tiende a un máximo)se interpreta sencilla y casi intuitivamente, pues expresa la tendencia fatal de todo sistema a evolucionarhacia estados de mayor probabilidad.

No podemos entrar aquí en pormenores sobre el gran desarrollo que adquirió la Termodinámica bajoel impulso de Maxwell, Kelvin, Kirchhoff, Helmholtz, Van t'Hoff, Gibbs y otros investigadores, y quetan fructífero fue para la Física, Físico-química e Ingeniería, Química industrial, etc. La famosa reglade las fases de Gibbs hizo escribir a Einstein lo siguiente : v Si hubiera conocido entonces el libro deGibbs, no hubiese publicado aquellos trabajos y me habría limitado a tratar solamente algunos puntosde ellos".

La aplicación de la Termodinámica a la radiación marca otro paso de gran importancia, dado enel último cuarto del siglo pasado. Desde 1884, Boltzman había demostrado, por consideraciones sobrela presión de radiación, que la ley obtenida experimentalmente por Stefan, referente a la proporciona-lidad entre la energía total radiada por el cuerpo negro (o radiador integral de Kirchhoff) y la cuarta potencia de su temperatura absoluta, podía ser deducida terinodinámicamente. Por último, en 1900,Wien obtenía, en una célebre Memoria, su fórmula del corrimiento, que explica teóricamente la distri-bución de energía en el espectro del cuerpo negro, de acuerdo con los trabajos experimentales deLumnier, Pringsheim, Rubens y Kurlbaum (estos últirnos para el infrarrojo).

En 1907, Nernst introdujo en Termodinámica un tercer teorema o principio concerniente alcomportamiento de las substancias en las proximidades del cero absoluto. De sus numerosas eimportantes aplicaciones citaremos solamente la predicción de equilibrios químicos y reacciones ;por ejemplo, el método de Haber para la fijación del nitrógeno del aire (1914).

La que podría llamarse carrera hacia las bajas temperaturas, adquiere gran impulso desde 1931,

año en el cual Keesom alcanzó los 0,7° K. con el helio líquido. Giauque y McDougall idearon en 1933un nuevo método de enfriamiento, fundado en la desimanación brusca de las sales paramagnéticas,y la escala absoluta de temperaturas fue extendida por debajo de 0,01° K, por Kurti y Simón,en 1938.



D E LA F I L O S O F Í A NA TU RA I , A LA F Í S I C A N U C L E A R XXXVII

En estos dominios se ofrecen sorprendentes fenómenos, entre los que descuella la superconductividad de algunos metales y aleaciones, descubierta por Kamerling-Onnes en 1911, y la superfluidez del heliolíquido, por Keesom y Wolfke en 1927, el físico ruso Kapitza, Alien y Misener, etc.

Otros nuevos fenómenos han sido descubiertos en el extremo opuesto, o sea, en el dominio de laselevadas temperaturas, obtenidas por medio del arco eléctrico, con gran densidad de corriente, deFinkelburg, soplete de hidrógeno atómico, etc.

La aproximación a las condiciones extremas de presión ha sido realizada sobre todo porBridgman desde 1905, quien sistemáticamente ha investigado las propiedades de la materia sometidaa las fantásticas presiones del orden de 1 000 000 de atmósferas. Su más reciente triunfo consiste en laobservación de la ruptura de las envolturas elec-trónicas de los átomos alcalinos, por tales presio-nes. Actualmente Yodar, en Francia, realiza estu-dios espectrográficos con presiones hasta 6000 at-mósferas.

Antes de pasar a los últimos descubrimientosde esta maravillosa aventura que vive la Humani-dad con la Físico-química do nuestros dias (Ato-mística, Relatividad, Teorías cuánticas), todavíainsistiremos en estos capítulos sobre la cienciaclásica, que continúa (a pesar de los deslumbranteséxitos alcanzados por la nueva Física) en pleno

vigor y florecimiento de sus diversas ramas :Mecánica, Elasticidad, Acústica, Hidro y Aerodi-námica, Termodinámica, Electrodinámica, Ópticapura y aplicada, etc.

Todas ellas se caracterizan por haber adoptadouna actitud más realista que en tiempos pasados.En el siglo xix, la mecánica de sólidos y fluidosconsistía principalmente en el desarrollo teórico debellísimas teorías matemáticas ; en cambio, actual-mente se enfrenta con problemas de la vida coti-diana y de tecnología. Así, por ejemplo, en Hidro-dinámica se estudian estratos límites, transmisióndel calor, fuerzas actuantes sobre cuerpos rígidos

en movimiento como los aviones, estabilidad delos mismos incluso para velocidades supersónicas(trabajos de Prandtl, Yon Karman). Lo mismoocurre en Elasticidad : los reducidos dominios deproblemas solubles analíticamente, han sido gran-demente ampliados mediante métodos numéricoscomprobándose los resultados por observacionesfotoelásticas en modelos transparentes. Esta noto-ria tendencia al cálculo numérico ultrarrápido, hasido facilitada por la actual difusión de máquinas

calculadoras mecánicas y eléctricas ; las fantásticas velocidades alcanzadas por estas últimas (de tipoelectrónico) y la teoría de su construcción han originado una nueva ciencia de la regulación o gobierno,la Cibernética (así denominada por su autor, el gran matemático X. Wiener), de la cual esperan susentusiastas que incluso promueva una revolución en el progreso humano.

La Acústica, rama de la Elasticidad que se consideraba ya estancada, se ha remozado con los pro-blemas planteados por el extraordinario desarrollo adquirido por los métodos mecánicos y eléctricos deregistro y reproducción sonora (gramófono, radiodifusión, etc.) y por el gran perfeccionamientoalcanzado por los ultrasonidos en sus variadas aplicaciones (ultrasonoterapia, sondeo submarino,detección de defectos internos en piezas metálicas, etc.) ; el reloj gobernado por las oscilaciones deun cuarzo piezoeléctrico parece ser más exacto y fiel como guardatiempo que los péndulos de granprecisión.

En Termodinámica, Onsager inició, en 1930, una nueva y prometedora senda (seguida por investi-gadores belgas y holandeses, como Casimir, Prigogine, De Boer, De Groot), aplicándola a procesosirreversibles mediante el principio llamado de reversibilidad microscópica; los resultados parecen abrirnuevos horizontes para la mejor comprensión de los procesos que se verifican en los organismos

vivientes.

El padre de la espectroscopia, Fraunhofer, demostrando suprimitivo espectroscopio. Con él estudió la dispersión dentrode espectro visible ; determinó la posición de 576 rayasespectrales, comprobando su constancia, lo mismo en elespectro solar que en el de los planetas, Para los de lasestrellas, nebulosas, etc., creó el prisma-objetivo, que tan

abundante información suministra sobre física estelar



XXXVIII D E L A F I L O S O F Í A N A T U R A L A L A F Í S I C A N U C L E A R

ATOMÍSTICA. — CRISTALOGRAFÍA

Establecida sobre firmes bases ya a fines del siglo pasado, la Atomística tiene planteados dosmagnos problemas : 1.° ¿Cuál es la naturaleza de los átomos? 2.° ¿Cómo pueden explicarse las pro-piedades macroscópicas de Ja materia en gran escala, en función de la acción colectiva de losátomos que contiene? Esta segunda cuestión, ya hemos visto que fue resuelta en el siglo pasado para

el estado gaseoso ; nos referimos a la teoríacinética de los gases y su extensión a sistemas

más generales en equilibrio estadístico, me-diante la mecánica estadística de Gibbs. Éstaera una hipótesis razonable en 1900, pero laexplicación del movimiento browniano dadapor Einstein en 1904 y los subsiguientes tra-bajos de Sinoluchowski en 1906 constituyeronuna brillante confirmación directa de la exac-titud de la citada teoría, por medio de lacual Perrin pudo calcular, en 1909, el númerode átomos contenidos en la molécula-gramo.

La teoría de los gases comprimidos, ini-ciada por Van der Waals en 1873, fue perfec-cionada y modernizada por Ursell en 1927,

Mayer en 1937, y otros.Langevin hizo, en 1905, un estudio esta-dístico del paramagnetismo, extendido porWeiss al ferromagnetismo, en 1907 ; estoconstituye el primer ejemplo de un tipo deproblema estadístico de los hoy llamadosModelo de la estructura de la sal común que se exhibe en el" Palais

de la Découverte ", de París. Las bolas más grandes, de color verdeen el original, representan los átomos de cloro, y las más pe-queñas, blancas , los de sodio. El aumento es de 400 millones deveces. (Fot. O'Doyé, reproducida con autorización de la Dirección

del " Palais de la Découverte ")

fenómenos de orden-desorden, al que pertene-cen, por ejemplo, las propiedades de las alea-ciones, de tan grande importancia práctica.

Los fundamentos lógicos de la mecánicaestadística fueron sometidos a una profunda

crítica por Pablo y Tatiana Ehrenfest (1911), y sus métodos matemáticos, ampliamente desarrolladospor Darwin y Fowler, en 1922.

Así como todavía hoy no disponemos de una satisfactoria teoría cinética de los líquidos (véase, porejemplo, E. Darmois, El estado líquido de la materia, E. C, 1917), el conocimiento que se tiene del es-tado sólido ha sido en gran manera incrementado principalmente por medio de los rayos Roentgen. Sunaturaleza ondulatoria, después de algunas discusiones, fue claramente demostrada en 1912 por el granfísico alemán Laue y sus colaboradores, gracias a la difracción de aquellos rayos por los cristales, con loque se comprobaba, al mismo tiempo, la constitución atomística de los sólidos, mejor dicho, la estructurareticular de los cristales, hasta entonces admitida hipotéticamente (Bravais).

Entre las manos de los distinguidos físicos ingleses Bragg (padre e hijo), este método forjó una nuevaciencia, la cristalografía atomística, que abunda en ingeniosos experimentos y consideraciones mate-máticas (aplicación de la teoria de grupos, iniciada por Sohnke en 1879 y perfeccionada por Schönfliesy el gran cristalógrafo ruso Fedorov entre 1885 y 1891).

Sobre esta geometría empírica de las mallas cristalinas ha sido edificada una teoría dinámica, querealmente se inició como una de las primeras aplicaciones de la teoría cuántica con los trabajos deEinstein, en 1907, concernientes a los calores específicos de los sólidos a bajas temperaturas y con lossucesivos perfeccionamientos por Debye, Karman y Born en 1910. Años atrás, el principal objetivo deestudio fue el de la malla ideal; pero actualmente se empiezan a comprender las razones por las que loscristales se apartan de aquel modelo ideal, pues además de lagunas, fracturas, fisuras, etc., macroscópicas,presentan anomalías estructurales, cstequiométricas, etc., tales como los defectos de Frenkel y Schottny,Muchas de estas investigaciones son independientes del más o menos detallado conocimiento de losátomos en sí, recurriéndose solamente a toscos promedios de sus propiedades geométricas y dinámicas,tales como el diámetro, carga, momento dipolar, polarizabilidad.

Pero casi simultáneamente con el atomismo de la materia se establecía, en la última década delsiglo pasado, el de la electricidad. Desde 1874, Johnstone Stoney, partiendo de los fenómenos electrolíti-cos, presintió que la electricidad era de naturaleza discontinua y, posteriormente, sugirió el nombre deelectrón para su unidad (1891). Helmholtz, en una conferencia (1) que dio en la " Royal Institution "

(1) H. VON HELMHOLTZ,pagina 277, 1881).

On tke Modern Devélopment ol Faraday's Conception of Electricity ("Jour. Chem. Soc. a,



D E L A F I L O S O F Í A N A T U R A L A L A F Í S I C A N U C L E A R XXXIX

de Londres, en 1881, en honor de Faraday, sugirió la discontinuidad de las cargas transportadas porelectrólisis, como consecuencia de las leyes que la rigen, con estas palabras : << La cantidad de electricidadque atraviesa una cuba electrolítica, está constituida por elementos iguales entre sí y completamenteindependientes de la naturaleza química de su soporte material. Todo ion transporta en la electrólisisun número entero de átomos de electricidad igual a su valencia ". Por otra parte, Schuster hacía notar ensu discurso presidencial ante la Britisli Association, en 1892, que, " en todo caso, el hecho más emba-razoso relacionado con la descarga de energía a través de gases estriba en la ausencia de simetría enlos polos positivo y negetivo". Ahí estaba la clave del gran paso que debía darse : el descubrimiento delelectrón (unidad natural de carga eléctrica), como consecuencia del estudio de la descarga eléctrica abajas presiones.

En realidad, la historia y evolución del concepto de electrón es algo muy complicado e interesante.Perrin demostró la carga negativa de los rayos catódicos, y J. J. Thomson comprobó, en 1897, que lacarga específica (o relación de su carga a su masa) de las partículas (si de tales se trataba) era aproxi-madamente una milésima de la del ion hidrógeno en la electrólisis, pero no logró determinar la mag-nitud de la carga. Por otra parte, Lennard, de sus experimentos sobre el paso de rayos catódicos a travésde los metales, concluyó que tales partículas debían ser mucho menores que los átomos. Townsendintentó, entre 1897 y 1898, una determinación directa de la carga del electrón, obteniendo un valor deunos dos tercios del hoy admitido corrientemente. H. A. Lorentz demostró que el efecto descubiertopor Zeeman, en 1897, podía explicarse admitiendo que la emisión luminosa era debida a la rotación deuna partícula con las propiedades del electrón. Finalmente, la medida directa de su carga fue realizadacon gran precisión por el físico americano R. A. Millikan en una larga serie de memorables determina-ciones, modelo de meticulosidad y precisión, descritas en su renombrada obra sobre el electrón i1).

Halhvachs descubrió, en 1888, el curioso efecto fotoeléctrico, o sea, la expulsión de cargas negativaspor los metales alcalinos, cinc amalgamado, etc., al incidir sobre ellos la luz actínica procedente de unachispa, arco, etc. Lennard demostró, en 1899, la constitución electrónica de aquellas cargas, comprobadapoco después por J. J. Thomson, mientras que Goldsteñi descubría diez años antes los rayos canales,precursores de los actuales isótopos, comprobando que estaban cargados positivamente y resultaron serátomos simple o múltiplemente ionizados, o sea, que habían perdido uno o varios electrones. El ionpositivo del hidrógeno ordinario {núcleo de su átomo, según veremos en seguida) recibe el nombre de

protón y es uno de los componentes fundamentales de la materia. Asimismo, el isótopo del hidrógeno,llamado deuterio, de masa atómica casi doble de la del hidrógeno ordinario, tiene su núcleo llamadodentón, que tambin ejerce un influjo preponderante en la estructura de la materia.

A fines de 1895, Roentgen hacía el sensacional descubrimiento de los rayos X, que, aparte su in-trínseco y extraordinario interés científico, tan

importantísimos servicios han prestado a la Hu-manidad doliente, a la industria, etc. ; los nombresde científicos ilustres como Von Laune, Dragg,Debye, Scherrer, Weissenberg, Cauchois, Hulu-bei, etc., están asociados a la ingente labor de ladeterminación de estructuras cristalinas, dimensio-nes atómicas, etc., mediante este potente mediode investigación.

En 1896, H. Becquerel descubría que las salesde uranio emiten radiaciones que impresionan laplaca fotográfica, comprobando que era precisa-mente el átomo de uranio el responsable de aquellaradiación ; con ello se abría el gran capítulo de la

radiactividad, tan íntimamente relacionada con elde la investigación de la estructura del átomo. Surápido desarrollo se debió principalmente al geniallord Rutherford, " el gigante de la Física moderna ",como se le ha llamado. Su primer trabajo sobreesta materia apareció, en enero de 1899, con eltítulo Uranium Radiation and the Electrical Con-duction produced by it. Por la misma época, MaríaSklodowska Curie descubría el polonio en París, yen esta ciudad los esposos Curie hacían en 1899 el sensacional descubrimiento del radio. En e mismoaño, Schmidt y María Curie, independientemente, establecían la radiactividad del torio, y un añodespués Debierne obtenía el actinio, así como la primera emanación radiactiva (la del torio) era aisladaal cabo de otro año.

Instalación de un moderno laboratorio de Química indus-trial, como muestra de los servicios que la Electrónicapresta a la Química. (Fot. Lacheroy , facilitada por el Mi-

nisterio de Información de Francia)

(1) R. A. MILLIKAN, Klectrons (+ and—), ptotons, photons, neutrons, mesotrons and cosmic rays. (University ChicagoPress, 1947).

01 Encic Labor - Materia y Energia - De La Filosofia Natural a La Fisica Nuclear

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