Doscientos aniversario de Lord kelvin

«Cuando puedes medir aquello de lo que estás hablando y expresarlo en números sabes algo sobre ello, pero cuando no puedes expresarlo en números tu conocimiento sobre ello es de naturaleza precaria e insatisfactoria» (Lord Kelvin, 3 de mayo de 1883).

William Thom-son, nació en Belfast, Irlanda del Norte, el 26 de junio de 1824, hace, por tanto doscientos años. Fue un físico e ingeniero británico que realizó importantes contribuciones en los campos de la termodinámica, la electricidad y la ingeniería. La reina Victoria lo nombró en 1866 Sir (caballero) y después (1892), barón Kelvin de Largs, título, Lord Kelvin, con el que ha pasado a la historia. Kelvin es el nombre de un río cercano a la Universidad de Glasgow, donde trabajaba Thomson y Largs la ciudad en la que vivía.

William fue un niño superdotado que seguía las clases de su padre en la universidad de Glasgow desde que tenía diez años. Continuó sus estudios en Cambridge, donde empezó a publicar sus resultados en matemática y física teórica. Terminó sus estudios con una estancia en el laboratorio del físico francés Henri Regnault (1810-1878), que investigaba para el Gobierno de su país las propiedades físico-químicas de los gases. Allí entró en contacto con los trabajos de laboratorio que le hicieron ver los problemas y la importancia de las mediciones en la investigación científica. Después vuelve a Glasgow donde, con solo 22 años, obtiene la cátedra de Filosofía Natural que ejercerá hasta su jubilación en 1899.

Para obtener esa cátedra tuvo que presentar una memoria titulada De caloris distributione per terrea corpus (Distribución del calor en la Tierra), lo que le llevaría, algo más tarde, a calcular que la edad de la Tierra estaría entre veinte y cien millones de años, rango que era incompatible con el pensamiento geológico imperante del uniformismo y con la teoría de la evolución de Darwin. Ello le condujo a polemizar con los científicos que defendían ambas teorías, quienes, como sabemos ahora, tenían razón. Digamos, que sin el conocimiento de la radiactividad para el que todavía habría que esperar unas décadas el cálculo de Kelvin era correcto. Kelvin se equivocó en muchas más cosas pero se lo perdonamos porque el balance es muy positivo.

Hay que añadir, nos lo cuenta Gribbin, que tras retirarse se matriculó como estudiante de investigación en su propia universidad, lo que lo convirtió en la persona más joven que había sido alumno de la misma, con diez años, y también la de más edad, 77 años, con esa misma condición.

Trabajó en el desarrollo del cable telegráfico transatlántico entre Europa y América del Norte, utilizando su invento del galvanómetro de espejo

La Revolución Industrial de los siglos XVIII y XIX, basada, sobre todo, en el trabajo desarrollado por la máquina de vapor, fue inicialmente una creación de los ingenieros y obligó a los físicos a explicar cómo se producía el trabajo a partir del calor. Sadi Carnot (1796-1832), demostró que ese proceso ocurre básicamente porque al situar dos cuerpos juntos a diferente temperatura, el calor pasa del de temperatura más alta al de más baja. Eso hoy nos parece obvio pero entonces no lo era. La idea predominante era que el calor era una especie de fluido, el calórico, que se difundía por los cuerpos al aumentar su temperatura.

En sus investigaciones, Thom-son, siguiendo las ideas de Carnot, desarrolló la escala de temperatura absoluta, conocida como la escala Kelvin, basada ya en la idea de que el calor es equivalente al trabajo. Antes, en 1798, Benjamin Thom-pson (1753-1814), definió la caloría como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en 1 grado Fahrenheit (la que usamos nosotros es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius). Otros, como Clausius (1822-1888) investigaban también en la misma línea.

Con todo ello William Thom-son fundamentó la Termodinámica como ciencia independiente, El segundo principio de la Termodinámica, establece que en el Universo hay un aumento constante de la entropía, y es, seguramente, el principio más importante de la Física. Kelvin lo formuló así: «No es posible, por medio de un agente material inanimado, originar efecto mecánico de ninguna porción de materia enfriándola por debajo de la temperatura de los objetos más fríos que le rodean». Como reconocimiento epónimo, el Sistema Internacional de medidas llama kelvin, símbolo K, a la unidad de medida de la temperatura de un cuerpo. En la definición clásica la temperatura del punto triple del agua tiene el valor exacto de 273,16 K (0,01 ºC) con una presión de 611,73 Pa, y es el punto de partida de todas las calibraciones de los termómetros. En la definición actual, el kelvin está relacionado con la constante de Boltzmann, respetando la escala anterior. (Ludwig Boltzmann (1844-1906), es otro físico termodinámico que merece un lugar en esta historia pero que aquí no podemos sino nombrarlo).

Thomson era un mecanicista. Escribe: «Me parece que la prueba de ‘¿Entendemos o no entendemos un tema particular en física?’ es: ‘¿Podemos hacer un modelo mecánico de ello?’ [...] Yo nunca estoy satisfecho conmigo mismo hasta que puedo hacer un modelo mecánico de una cosa. Si puedo hacer un modelo mecánico puedo entenderlo. En tanto en cuanto no pueda hacer un modelo mecánico completo no puedo entenderlo». A esta idea, junto la que figura en la entradilla, se le deben sus grandes logros en la primera mitad de su carrera, y, también, su incomprensión de los avances de la Física en sus años finales cuando empezaron las ideas que acabaron en la teoría de la relatividad y la teoría cuántica. Nunca aceptó del todo ni la teoría cinética del Boltzmann, ni las ecuaciones de Maxwell —uno de los momentos cumbres de la historia de la Ciencia— porque no se adaptaban, a su juicio, a estas ideas mecanicistas.

Kelvin también realizó importantes contribuciones en el campo de la electricidad. Fue un ingeniero prolífico. Trabajó en el desarrollo del cable telegráfico transatlántico, que ayudó a conectar Europa y América del Norte para lo que utilizó su invento del galvanómetro de espejo, un instrumento que se utiliza para medir corrientes eléctricas muy pequeñas. Construyó un «analizador armónico de mareas» con capacidad para predecirlas. Patentó otros cincuenta o sesenta inventos a lo largo de su vida, guiando el progreso industrial de aquellos años en Gran Bretaña. Participó en la Comisión del Niágara que tenía por objeto el estudio del aprovechamiento energético de aquel salto de agua.

Falleció en 1907 dejando una gran obra científica y técnica. Sus contribuciones a la termodinámica, la electricidad y la ingeniería han tenido un impacto duradero en el mundo. Fue enterrado en la abadía de Westminster, junto con Newton, Darwin y otros muchos sabios británicos que han contribuido de manera destacada a crear la Ciencia que nos va dando cierta luz para entender el mundo.

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