Maxwell (1831-1879) (II)

En la Universidad de Edimburgo estudió los tres primeros cursos de una carrera de cuatro cursos, momento en el que dejó Edimburgo para marchar a la Universidad de Cambridge, el centro más influyente de la física en aquella época, que no admitía estudiantes que ya tuvieran un título por otra universidad. En Cambridge, Maxwell fue admitido en uno de los centros académicos más prestigiosos: el Trinity Collage, el antiguo Collage de Newton. Para aquellos estudiantes con inclinaciones científicas, Cambridge poseía un atractivo añadido el Tripos Matemático, el sistema de exámenes en el que predominaban las preguntas de matemáticas y física teórica.

Sin embargo, y a pesar de su gran capacidad para la física y las matemáticas, Maxwell no consiguió el primer puesto del Tripos cuando se examinó en 1854, sino que fue second wrangler. Su formación en Cambridge, al igual que la de todos los estudiantes del Tripos Matemático, había sido totalmente teórica. El ideal del Tripos era la perfección, la permanencia, lo absoluto, lo constante. Asimismo, la exigencia del Tripos era muy grande y las largas horas de estudio, el estrés de la permanente competición académica y la tensión de los exámenes desembocaban muchas veces en enfermedades de sus alumnos. Maxwell cayó enfermo en 1853 y tuvo que ausentarse por unos meses durante sus estudios.

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En Cambridge era tan importante ganar en el Tripos como ganar el Premio Adams, que todavía hoy existe, y que se creó en 1848 dirigido a los graduados de la Universidad de Cambridge. Su nombre se debe al astrónomo John Couch Adams que predijo la existencia del planeta Neptuno basándose sólo en cálculos matemáticos. Esta premio era concedido cada dos años al mejor trabajo sobre un tema propuesto por un comité. El concurso para el año 1856 tenía el siguiente título: “El movimiento de los anillos de Saturno”. En aquella época se pensaba que dichos anillos eran un material fluido, aunque realmente el tema no estaba claro. Maxwell se presentó a dicho premio y lo ganó en 1857, aunque compartido con Routh. El trabajo de Maxwell llevaba por título “Sobre la estabilidad del movimiento de los anillos de Saturno” y en él concluyó que la única estructura que puede explicar dicha estabilidad era que estuviesen constituidos por un enjambre de partículas desconectadas. El trabajo de Maxwell no sólo ganó el Premio Adams sino que también ganó el elogio de toda la comunidad científica. George Airy, astrónomo de la Casa Real Británica, lo calificó como una aplicación notabilísima de las matemáticas. Dicha estructura fue confirmada en 1895 por el astrónomo estadounidense Keeler.

J. M. Sánchez Ron (editor y traductor). Materia y Movimiento (J. C. Maxwell). Editorial Crítica. Barcelona, 2006.

J. Navarro, El padre del electrón. J. J. Thomson. Nivola libros y ediciones. Madrid, 2006.

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Maxwell (1831-1879) (I)

Como señala José Manuel Sánchez Ron en la introducción de su edición del libro de Maxwell “Materia y movimiento” (del que se ha extraído la mayor parte de la información sobre la biografía de este físico británico), «James Clerk Maxwell (1831-1879) es uno de los científicos más importantes de toda la historia de la ciencia. No se puede comprender el siglo XIX, una centuria esencial para nosotro sin tener en cuenta a figuras como Darwin, Lyell, Pasteur, Faraday o Helmholtz, pero mucho menos aún sin recordar a Maxwell, que nos dejó aportaciones científicas como la teoría del campo electromagnético, una de las creaciones científicas más originales e importantes que se han hecho jamás, tanto desde el punto de vista de la comprensión de los fenómenos naturales como en lo que se refiere a su aplicación al mundo de la técnica, y en particular al, hoy omnipresente universo de las telecomunicaciones. Maxwell es uno de los ‘grandes’ de la historia de la física, junto con Newton y Einstein, que quizás son los únicos que le preceden claramente en un hipotética escala de ‘excelencia'».

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Maxwell nació en Edimburgo en el año 1831 el seno de una familia acomodada. Debe a su madre sus primeras enseñanzas hasta sus ocho años de vida. Tras tres años más recibiendo educación privada en la finca familiar de Glenlair, cuando Maxwell tenía once años fue enviado a la Academia Edimburgo, en la que permaneció cinco años. En este centro docente aprendió francés, alemán, lógica, filosofía, química y matemáticas. En 1847 Maxwell entró en la Universidad de Edimburgo. Dedicó muchas tardes experimentando y aprendiendo en el laboratorio de física, incluso en sus vacaciones, al que fue autorizado a asistir en sus ratos libres. Montó un laboratorio experimental “encima de la lavandería”, y usaba como mesa de laboratorio “una puerta vieja sobre dos barriles”. Maxwell mantuvo una gran amistad con los también físicos Peter Tait (1831-1901) y William Thomson, Lord Kelvin desde 1892 (1824-1907). Los tres se enviaron entre sí numerosas cartas sobre sus investigaciones. Su amistad con Tait, escocés como Maxwell, venía de sus años de estudiantes en la Academia Edimburgo. Thomson y Tait (en broma se autodenominaban T y T’) escribieron un libro titulado Tratado de filosofía natural para poner de manifiesto las posibilidades de la nueva ciencia de la energética. Thomson fue el primero en utilizar el término “energía” en un sentido matemático nuevo y preciso y confiaba en que la energía iría mucho más allá de la termodinámica, sino que serviría para unificar la física (entonces denominada «filosofía natural») y pensaba que la electricidad, el magnetismo y la luz podían considerarse energía.

J. M. Sánchez Ron (editor y traductor). Materia y Movimiento (J. C. Maxwell). Editorial Crítica. Barcelona, 2006.

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Teaching and learning Physics

Opiniones y reflexiones de Frank Oppenheimer (1912-1985) sobre el proceso enseñanza/aprendizaje de la Física. De momento también aparece en la página «física» de este blog.

“Es cierto que no se puede aprender Física memorizando fórmulas y terminología únicamente, pero también es cierto que la memorización juega un papel muy importante en el desarrollo intelectual. Es cierto que los estudiantes deben contar con libertad para descubrir por sus propios medios, pero también es cierto que se pueden beneficiar mucho de una acción tutorial bien dirigida. Es cierto que las experiencias empíricas con fenómenos naturales son esenciales para desarrollar una comprensión intuitiva de los mismos, pero también es cierto que, para muchos, la representación matemática de dichos fenómenos les proporciona una intuición aún más aguda que la experiencia. Es cierto que los estudiantes deben ser envueltos de forma activa en un proceso de aprendizaje, pero también es cierto que pueden darse bellos procesos de aprendizaje mientras se escucha una conferencia o se atiende a un programa de televisión. Es cierto que los estudiantes quieren aprender aquello que es relevante para su futura acción profesional, pero también es cierto que les gusta acercarse a lo fantasioso y llegar al límite de lo desconocido. Es cierto que los profesores deben ser objetivos en sus representaciones disciplinares y que no deben forzar a sus estudiantes a aceptar su propio enfoque y filosofía, pero también es cierto que inevitablemente la enseñanza es una aventura de defensa de ciertas ideas con la consiguiente exclusión de otras”.

Frank Oppenheimer, “Teaching and Learning”, American Journal of Physics 41, 1310-1313 (1973).

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J. J. Thomson (1856-1940)

Joseph John Thomson nació en Manchester el 18 de diciembre de 1856. Su primeros estudios los realizó en colegios locales cercanos a su domicilio y no en internados, algo muy común entre las clases altas de la era victoriana. Su afición de niño era la jardinería y compraba semillas y libros de botánica. En una ciudad industrial como Manchester su sueño con 13 años era ser ingeniero, pero en aquella época la ingeniería no era una carrera universitaria. Con 14 años ingresó en el Owens College de Manchester y allí fue qui´zas su profesor de física, Balfour Stewart, el que influyo en la futura carrera científica de Thomson. Sus profesores le animaron a que se presentara a los exámenes de ingreso en la Universidad de Cambridge y en octubre de 1876, con 19 años, marchó a Cambridge, ciudad que ya no abandonaría hasta su muerte. Allí comenzó a prepararse para examinarse del Tripos Matemático, cuyos exámenes realizó en enero de 1880, quedando second wrangler por detrás de Joseph Larmor que fue senior wrangler. Este segundo puesto en el Tripos le abría todas las puertas para seguir su carrera en Cambridge o en cualquier otra universidad británica, pero él decidió permanecer en Cambridge donde fue fellow del Trinity College.

Los primeros trabajos de investigación de Thomson estuvieron relacionados con el electromagnetismo de Maxwell plasmado en su Treatise, como fue la invención del concepto de masa electromagnética. Sin embargo, el descubrimiento fundamental de Thomson fue el del electrón, realizado en 1897 cuando llevaba a cabo investigaciones sobre las propiedades de los rayos catódicos. Descubrió que estos rayos estaban constituidos por partículas cargadas negativamente. De este modo estableció la existencia de los electrones de los que determinó su relación carga/masa mediante su famoso experimento que se estudia en los temas de «interacción magnética». Thomson estudió las descargas eléctricas en gases y la estructura eléctrica de la materia y también descubrió diversos isótopos. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1906 pero no por el descubrimiento del electrón, sino

«en reconocimiento de los grandes méritos de sus investigaciones teóricas y experimentales sobre la conducción de la electricidad por los gases».

Su hijo, George Paget Thomson también recibió el Premio Nobel de Física en 1937 -que compartió con el físico estadounidense Clinton Davisson-, por su trabajo relativo a la difracción de electrones en cristales y la demostración de sus propiedades ondulatorias de los electrones. Se da así la ironía de que el hijo del que fuera conocido como «padre del electrón» y les asignará a éstos el carácter de partículas (corpúsculos) devolvía  a estas partículas el carácter ondulatorio (dualidad onda-corpúsculo).

En otoño de 1884 Thomson se convirtió en el tercer director del prestigioso Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge -centro que dirigió durante 35 años-, que antes que él había sido dirigido por físicos eminentes como Maxwell y Lord Rayleigh, y que después de Thomson tuvo como directores a otros Premios Nobel de Física como Rutherford, Lawrence Bragg o Mott. La Universidad de Cambridge fue, sin duda, el centro más influyente de la Física en los siglos XIX y gran parte del siglo XX y Thomson fue tanto un «producto» del sistema educativo de esta Universidad, como un actor de primera magnitud en la consolidación de Cambridge como centro mundial de la Física. Hasta la fecha 29 Premios Nobel han trabajado en el Laboratorio Cavendish, incluidos Watson y Crick, los descubridores del ADN.

Thomson, además de aparecer en los libros de texto como el descubridor del electrón, la primera partícula subatómica de la historia de la Física, también lo hace como el primero en desarrollar un modelo atómico, conocido como el «pastel de pasas» (plum-pudding), en el que los electrones «las «pasas») están repartidos en el seno de una distribución de carga positiva (el «pastel»).

J. J. Thomson falleció en Cambridge el 30 de agosto de 1940, viendo como una nueva guerra hacia temblar de nuevo a la vieja Europa, y está enterrado en la Abadía de Westminster, cerca de las tumbas de Newton, Darwin, Lord Kelvin y Rutherford, entre otros.

En el siguiente enlace al «Curso de física por Internet» de Ángel Franco se puede visualizar un applet en el que se reproduce el experimento de Thomson para la determinación de la relación carga-masa del electrón.

Jaume Navarro, El padre del electrón. J. J. Thomson. Nivola libros y ediciones. Madrid, 2006.

«J.J. Thomson – Biographical». Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 15 Dec 2015.

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Las Naciones Unidas Proclaman Año Internacional de la Luz en 2015

La Organización de las Naciones Unidas (ONU), en su 68ª Asamblea Anual proclamó 2015 como el Año Internacional de la Luz y las tecnologías basadas en la luz.

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