En el libro “ El Origen de las Especies”, Charles Darwin expresa sus conclusiones sobre la adaptación y la evolución de las especies a partir de las observaciones realizadas en la extensa travesía que realizó en el ”Beagle”, la cual ocupó cinco años de su juventud.
Esta teoría sobre la evolución fue un hito científico colosal, extendiendo su influencia sobre todas las áreas de conocimiento.
Afirma Darwin que sólo las especies que se adaptan al medio serán capaces de sobrevivir a éste y evitar de este modo su extinción.
A lo largo de generaciones los seres vivos se reproducen y en ocasiones surgen individuos con alguna característica diferente a sus congéneres, si ésta es favorecida por el medio aumentan las posibilidades de que este espécimen tenga descendencia, perpetuándose en el tiempo esta característica benigna.
Ahora debemos tener en cuenta de que existen especies con miles, e incluso millones de años de presencia en el planeta, esto significa que están superadaptadas al medio, es como un producto empresarial que haya sido sometido a billones de evaluaciones por parte del departamento de calidad más exigente que pudiera existir.
Estamos literalmente rodeados de organismos que son el resultado de multitud de elecciones correctas ya que de lo contrario no estarían aquí. Pero la normalidad, en términos biológicos, no existe, por todos es conocido que algunas especies puede vivir en el agua y otras no , incluso entre las primeras existen aquellas de agua dulce y las de agua salada.
Existen múltiples variables que pueden afectar a la supervivencia como la temperatura, el pH, vegetación, pluviometría, depredadores.. la lista sería de miles de caracteres.
Aquellos ejemplares sometidos a condiciones muy extremas para alguna de estas variables presentarán características que les hacen posible la resistencia a los envites del medio.
Hoy en dia, investigadores de todo el mundo están intentando imitar algunas de estas maravillas de la naturaleza en productos tecnológicos muy avanzados.
Estos son algunos ejemplos:
Las aletas de la ballena jorobada sirven de inspiración para las palas de aerogeneradores
George de Mestral , observando los cardos que se le quedaban pegados a su perro durante un paseo inventó el Velcro
Las crisálidas de las mariposas presentan estructuras que pueden ser utilizadas en el diseño de tiendas de campaña
Las mariposas Morpho presentan siempre un color azulado debido a la particular nanoestructura de sus alas. Se empiezan a comercializar fibras coloreadas sin pigmentos
El pico del martín pescador penetra en un medio más denso sin apenas hacer ruido, esta característica es crucial para el diseño de trenes ultrarápidos
El pez caja presenta una estructura hidrodinámica susceptible de ser utilizada en el diseño de vehículos con baja resistencia al aire
El estudio de la piel de tiburón ha permitido fabricar bañadores que evitan la aparición de flujos turbulentos, permitiendo así aumentar la velocidad
Las semillas de arce pueden permanecer más tiempo en el aire debido a su peculiar estructura, la cual puede utilizarse en el diseño de minihelicópteros
El pegamento utilizado por los mejillones para adherirse a las rocas puede utilizarse para unir tejidos tras la cirugía
Multitud de seres vivos adoptan formas que siguen la secuencia de Fibonacci, la proporción aúrea y espirales logarítmicas
“If quantum mechanics hasn't profoundly shocked you, you haven't understood it yet.” Niels Bohr.
El nacimiento de la física cuántica no tuvo lugar de manera fulminante, sino que fue el resultado de un largo proceso de desarrollo de estas revolucionarias ideas por parte de un gran número de científicos, algunos de los cuales sufrieron la incomprensión de sus colegas. Sin embargo sus aportaciones fueron finalmente aceptadas y llenaron de honores a sus artífices, consiguiendo diversos premios Nobel por sus trabajos en este campo.
En este documento introduzco de manera sucinta los protagonistas de esta fantástica etapa de la humanidad , y presento de manera cronológica sus contribuciones en forma de funciones, leyes y teorías.
James Clerk Maxwell(Edimburgo 1831-Cambridge 1879) fue uno de los científicos más destacados de su época. De talento precoz a los 16 años ingresó en la Universidad de Edimburgo, trasladándose al Trinity College de Cambridge 3 años después y graduándose en Matemáticas en 1854.
Desarrolló ecuaciones en las que se hace patente la relación entre electricidad y magnetismo continuando así los trabajos de Faraday. Es por estos trabajos por los que Maxwell ha adquirido fama universal pero no fueron los únicos que realizó. En 1860 planteó una función en la que se obtiene la distribución de velocidades de las moléculas presentes en un gas ideal.
En 1871 junto a Ludwig Boltzmann obtiene la función estadística de Maxwell-Botzmann mediante la cual podemos conocer la distribución de las partículas según su energía.
Josef Stefan (St.Peter 1835- Viena1893) comenzó sus estudios en la Universidad de Viena en 1953 donde se graduaría en Matemáticas y Física cuatro años más tarde. Sus campos de investigación abarcaban la óptica, el electromagnetismo, las tensiones superficiales y el estudio de las radiaciones para un cuerpo negro. En 1879 dedujo empíricamente la ley de Stefan que indica que la energía emitida por un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura de éste.
Ludwig Boltzmann (Viena 1844-Duino1906) cursó estudios en la Universidad de Viena donde se doctoró en Física en 1866. Sus aportaciones mas importantes se produjeron en el campo de la teoría cinética de gases y fue un pionero en la mecánica estadística. En 1877 dedujo que la entropía de un sistema es proporcional al logaritmo natural del número de microestados posibles. En 1884 comprobó de manera teórica la ley de Stefan pasando a denominarse ley de Stefan-Boltzmann desde entonces.
Wilhelm Wien (Fischhausen 1864- Munich 1928). Estudió en las universidades de Gotinga, Heidelberg y Berlín. Su trabajo giró torno a la hidrodinámica y al estudio de los rayos catódicos. Además su trabajo en el terreno de la radiación cristalizó en 1893 con la ley de Wien.
lMAX * T = 2897,6 mm K
Ésta nos indica que para un cuerpo negro el máximo de emisión se desplaza a longitudes de onda más cortas a medida que aumenta la temperatura.
Joseph John Thomson (Manchester 1856-Cambridge 1940). Realizó sus estudios en Cambridge donde se graduó en Matemáticas en 1880. La mayor parte de sus investigaciones fueron en el campo de los rayos catódicos. Sus múltiples experimentos realizados le permitieron en 1897 descubrir el electrón.
En 1898 elaboró su teoría del pudding de ciruelas, donde los electrones serian las ciruelas incrustadas en un pudding de materia positiva.
John William Strutt-Lord Rayleigh(Essex 1842-Withan 1919). Estudió en la Universidad de Cambridge entre los años 1861 y 1865. Llegó a ser el director del importante Laboratorio Cavendish de física experimental entre 1879 y 1884. Sus intereses abarcaron la acústica, la óptica o la elasticidad.
Su aportación más importante fue en 1900 cuando introdujo la Ley de Rayleigh, intento de determinar la intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro en función de la longitud de onda. El problema es que a longitudes de onda cortas la potencia sería infinita. Esto se denominó la ‘catástrofe ultravioleta’.
Max Planck ( Kiel 1858 –Göttingen 1940) . Estudió Física en la Universidad de Munich donde se graduó en 1879. Además estuvo un curso académico en Berlín donde tuvo como profesores a Hermann Von Helmholtz y a Gustav Kirchoff. Teorizó abundantemente sobre el calor y la entropía. Pero fue en el año 1900 donde introdujo su más revolucionaria idea, todos los tipos de ondas son emitidos como paquetes o ‘cuantos’ , la energía sería igual al producto de la frecuencia por una constante llamada ‘constante de Planck’.
E= h n
Este concepto influyó poderosamente en todos los físicos de la época , al introducir la discontinuidad en la Física.
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Albert Einstein (Ulm 1879-Princeton 1955). En 1896 comenzó sus estudios en el Politécnico de Zurich donde se graduó en 1900 como maestro de matemáticas y física. Consiguió un trabajo en la oficina de patentes de Berna, el cual le proporcionaba el suficiente tiempo para reflexionar sobre los temas que le interesaban.
En 1905 presentó en la revista Annalen der Physik sus trabajos sobre el efecto fotoeléctrico(proceso por el que se liberan electrones por acción de la luz), movimiento browniano(aquel que presentan las partículas pequeñas en el agua o en un gas), teoría especial de la relatividad (el tiempo es función de la velocidad y el marco de referencia) y la equivalencia entre masa y energía (E=mc2).
Todos estos trabajos y algunos posteriores le proporcionaron fama mundial que perdura hasta nuestros dias.
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Ernest Rutherford (Nelson 1871- Cambridge 1937). Se graduó en Física y Matemáticas en el Canterbury College de Nueva Zelanda en 1893. Dos años después se traslada a Cambridge donde trabaja bajo la supervisión de J. J. Thomson. En 1909 y con la ayuda de Hans Geiger y Ernest Marsden realizó el Experimento de Rutherford en el cual bombardea con partículas alfa una fina lámina metálica.
Para su sorpresa observó que aunque la mayor parte de las partículas la atravesaban sin dificultad, un pequeño número se desviaba e incluso rebotaba hacia atrás. Eso le llevaba a pensar que el núcleo del átomo era de carga positiva y que poseia la mayor parte de la masa.
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Niels Bohr (Copenhague 1885- Copenhague 1962). Obtuvo el grado de Doctor en Física por la Universidad de Copenhague en 1911. Trabajó brevemente con J.J. Thomson pero fue con Ernest Rutherford con quien colaboró de manera fundamental. En 1913 estableció el Modelo atómico de Bohr donde se afirma que:
i) el electrón gira alrededor del núcleo, en orbitas circulares sin emitir energía.
ii) los electrones solo pueden girar en ciertas órbitas.
iii) se emite energía al pasar de una órbita superior a una inferior.
Arnold Sommerfeld (Konigsberg 1868-Munich 1951). Se doctoró en Matemáticas en 1891 en su ciudad natal. Estudió las difracción de rayos x , las ondas de radio y el estudio de los campos producidos por los electrones en movimiento. En 1916 realizó aportaciones que condujeron al Modelo de Bohr-Sommerfeld en el que propone que los electrones giran en orbitas elípticas e introduciendo los numeros cuánticos azimutal y magnético.
Louis de Broglie (Dieppe 1892- Paris 1987). Se licenció en Historia y posteriormente se doctoró en Física en la Universidad de la Sorbona. En 1923 publicó la Hipótesis de De Broglie que sostiene que la luz puede comportase como una onda o como una partícula, según el fenómeno estudiado.
Wolfgang Pauli (Viena 1900- Zurich 1958). Se doctoró en Física en la Universidad de Ludwig-Maximilian en Munich donde tuvo como profesor a Arnold Sommerfeld. En 1925 propuso el Principio de Exclusión de Pauli según el cual dos electrones en un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales.
Erwin Schröndinger (Viena 1887-Viena 1961).Estudió Física en la Universidad de Viena graduándose en 1910. Estudió la temperatura de los sólidos, los espectros atómicos y la termodinámica. Fue un gran teórico y en 1926 presenta la Ecuación de Ondas de Schrödinger la cual representa la función de onda de una partícula.
Max Born (Breslau 1882- Göttingen 1970) . Estudió Matemáticas y Astronomía en las Universidades de Breslau, Heidelberg y Zurich. El fue quien en 1926 realizó la Interpretación Estadística de la Ecuación de Ondas de Schrödinger. La función de onda es la probabilidad encontrar una particula en un momento concreto y en un lugar dado.
Enrico Fermi (Roma 1901- Chicago 1954). Se graduó en Física en la Scuola Normale Superiore de Pisa en 1922.Investigó en termodinámica y espectroscopia y descubrió nuevos isótopos radiactivos, además desarrolló el primer reactor nuclear. En 1926 desarrolló las Leyes Estadísticas de Fermi para partículas subatómicas. Las partícula que cumplen el principio de exclusión de Pauli se denominan ‘fermiones’ y las que no ‘bosones’.
Werner Heisenberg (1901 Wurzburg- Munich 1976). Estudia Física en la Universidad de Munich, doctorándose en 1923. Fue compañero de estudios de Wolfgang Pauli y trabajó con Max Born y con Niels Bohr. 1927 enunció su Principio de Indeterminación que establece que no es posible conocer simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula. Esto cambia nuestro conocimiento de la naturaleza ya que establece un límite a éste.
Paul Dirac (Bristol 1902- Florida 1984). Se graduó en la Universidad de Bristol primero como Ingeniero y después como Matemático. En 1928 y con tan sólo 26 años fue capaz de unir la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad con su Ecuación de Dirac.
Fundó la electrodinámica cuántica y además predijo la existencia de antimateria.
