Óptica y dinámica de fluidos (entre otras muchas cosas); Stokes.

El 1 de febrero de 1903, fallecía el matemático y físico irlandés George Gabriel Stokes, primer Baronet (13 de agosto de 1819-1 de febrero de 1903).

Realizó importantes contribuciones a la dinámica de fluidos (incluyendo las ecuaciones de Navier-Stokes), la óptica y la física matemática (incluyendo el teorema de Stokes).

Stokes estudió en Skreen, Dublín y Bristol. Se matriculó en 1837 en Pembroke College, en la Universidad de Cambridge, donde cuatro años más tarde, tras graduarse con los más altos honores fue elegido para ocupar una plaza de profesor. En 1849 pasó a ocupar la cátedra de Matemática Lucaniana en la Universidad de Cambridge. Ocuparía dicha plaza hasta 1902. Fue secretario de la “Royal Society” de Londres desde 1854, y presidente de la misma entre 1885 y 1890

Sus primeros trabajos, correspondientes al período 1842-1850, tuvieron por objeto el movimiento de los fluidos viscosos y la elasticidad de los cuerpos sólidos.

Sus primeros artículos publicados, que aparecieron en 1842 y 1843, trataban del movimiento uniforme de fluidos incompresibles y algunos casos de movimiento fluido. A éstos les siguió uno en 1845 sobre la fricción de fluidos en movimiento y el equilibrio y movimiento de sólidos elásticos y en 1850 otro sobre los efectos de la fricción interna de los fluidos sobre el movimiento de los péndulos.

Su labor en relación al movimiento de los fluidos y la viscosidad le llevó a calcular la velocidad terminal de una esfera que cae en un medio viscoso, lo cual pasó a conocerse como la ley de Stokes. Más adelante la unidad CGS de viscosidad pasaría a llamarse el Stokes, en honor a su trabajo.

La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas.

La condición de bajos números de Reynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse por una velocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor crítico. En estas condiciones la resistencia que ofrece el medio es debida casi exclusivamente a las fuerzas de rozamiento que se oponen al deslizamiento de unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa límite adherida al cuerpo. La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de fluidos y condiciones.

Sus trabajos sobre óptica son especialmente interesantes. Los primeros artículos sobre aberración de la luz aparecieron en 1845 y 1846 fueron continuados en 1848 por uno sobre la teoría de ciertas bandas del espectro electromagnético. En 1849 publicó un largo trabajo sobre la teoría dinámica de la difracción, en el cual mostraba que el plano de polarización debe ser perpendicular a la dirección de propagación. Dos años después trató de los colores de placas gruesas.

En un artículo de 1852 sobre la “refrangibilidad ” (cambio de longitud de onda) de la luz (On the Change of Refrangibility of Light, en Philosophical Transactions of London, 1852), Stokes describió la facultad del fluorspar y del cristal de uranio para cambiar la luz invisible más allá del extremo violeta del espectro visible en luz azul. Llamó a este fenómeno fluorescencia (fluorescence): «Casi me inclino a acuñar una palabra, y llamo la apariencia fluorescencia, de fluor-spar [es decir, la fluorita], como el término análogo opalescencia se deriva del nombre de un mineral». El nombre fue derivado del mineral fluorita (difluoruro de calcio), que en algunas muestras tiene rastros de europio bivalente, que sirve como activador fluorescente emitiendo luz azul. En un experimento clave utilizó un prisma para aislar la radiación ultravioleta de la luz solar y observó la luz azul emitida por una solución de etanol de quinina expuesto por ella.

 
Ese mismo año, 1852, apareció el artículo sobre la composición y resolución de corrientes de luz polarizada de distintas fuentes, y en 1853 una investigación de la reflexión metálica exhibida por ciertas sustancias no-metálicas. Hacia 1860 se metió en un estudio sobre la intensidad de la luz reflejada o transmitida a través de una pila de placas; y en 1862 preparó un valioso informe para la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (BAAS) sobre la doble refracción. De la misma fecha es un artículo sobre el largo espectro de la luz eléctrica, que a su vez fue seguido por un análisis del espectro de absorción de la sangre.

Cabe mencionar sus trabajos sobre la conductividad térmica en cristales (1851) y sobre el radiómetro de Crookes; su explicación del borde claro a menudo observado en las fotografías justo por fuera del perfil de un cuerpo oscuro visto con el cielo de fondo (1883); y, más tarde aún, su teoría de los rayos X, de los que sugirió que podían ser ondas transversales viajando como incontables ondas solitarias, en lugar de como trenes de ondas regulares.

Los artículos físicos y matemáticos de Sir George Stokes han sido publicados conjuntamente en cinco volúmenes; los tres primeros (Cambridge, 1880, 1883 y 1901) editados por él mismo, y los dos últimos (Cambridge, 1904 y 1905) por Sir Joseph Larmor, quien también editó Memoir and Scientific Correspondence of Stokes publicado en Cambridge en 1907.

La «incertidumbre» de un «gigante»; Heisenberg.

El 1 de febrero del año 1976, fallecía el físico alemán Werner Karl Heisenberg  (Wurzburgo, Alemania, 5 de diciembre de 1901 – Múnich, 1 de febrero de 1976), un nombre clave en la física moderna y en el desarrollo de la mecánica cuántica.

Es conocido sobre todo por la formulación del «principio de incertidumbre», una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica.

Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula. Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1932. El principio de incertidumbre ejerció una profunda influencia en la física y en la filosofía del siglo XX.

Heisenberg comenzó sus estudios en la Escuela Maximilian de Münich. En 1920 ingresaría en la Universidad de la misma ciudad para estudiar Física. En 1923 conseguiría su Título de Doctor.

Durante el año 1922-1923, se trasladaría a la Universidad de Göttingen donde entraría en contacto con el matemático David Hilbert y se haría asistente de una de las personas más influyentes e su carrera, el físico alemán Max Born.

Entre los años 1924 y 1925, se trasladaría a la Universidad de Copenhague, en Dinamarca, becado por la Fundación Rockefeller. Allí conocería a otra persona fundamental en su carrera el físico danés Niels Bohr.

En 1925 volvería a la Universidad de Göttingen. En 1927 sería nombrado Profesor de Fñisca Teórica en la Universidad de Lepizig.

En 1941 sería nombrado Profesor de Física en la Universidad de Berlín y Director del Instituto de investigación Kaiser Guillermo.

Al final de la Segunda Guerra Mundial, tras ser detenido por las tropas americanas, fue enviado a Inglaterra.

Volvería a la Universidad de Göttingen en 1946 reorganizando el Instituto de Física de la Universidad (desde 1948 Instituto Max Planck de Física).

En 1955 se trasladaría a Münich, donde en 1958 sería nombrado Profesor de Física en la Universidad de esa ciudad.

Heisenberg realizó sus aportes más importantes en la teoría de la estructura atómica. En 1925 comenzó a desarrollar un sistema de mecánica cuántica, denominado mecánica matricial, en el que la formulación matemática se basaba en las frecuencias y amplitudes de las radiaciones absorbidas y emitidas por el átomo y en los niveles de energía del sistema atómico.

Su nueva teoría se basaba únicamente en lo que es observable, es decir , en la radiación emitida por el átomo. No podemos, asignar a un electrón una posición en el espacio en un momento dado, ni seguirlo en su órbita , por lo que no podemos asumir que existen realmente los sistemas orbitales por Niels Bohr. Las magnitudes mecánicas, tales como la posición, velocidad , etc. deben estar representadas, no por los números ordinarios , sino por estructuras matemáticas abstractas llamadas «matrices» y así Heisenberg formuló su nueva teoría en términos de ecuaciones matriciales. Sin embargo su formulación y resolución es extremadamente complejo en términos matemáticos.
El principio de incertidumbre desempeñó un importante papel en el desarrollo de la mecánica cuántica y en el progreso del pensamiento filosófico moderno. Entre sus numerosos escritos se encuentran «Los principios físicos de la teoría cuántica», «Radiación cósmica, Física y filosofía» e «Introducción a la teoría unificada de las partículas elementales».

En mecánica cuántica, la relación de indeterminación de Heisenberg o principio de incertidumbre establece que la imposibilidad de que determinados pares de magnitudes físicas sean conocidas con precisión arbitraria. Sucintamente, afirma que no se puede determinar, en términos de la física cuántica, simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, la posición y el momento lineal (cantidad de movimiento) de un objeto dado. En otras palabras, cuanta mayor certeza se busca en determinar la posición de una partícula, menos se conoce su cantidad de movimientos lineales y, por tanto, su masa y velocidad. Este principio fue enunciado por Werner Heisenberg en 1925.

Heisenberg demostró que la incertidumbre en la posición de la partícula, multiplicada por la incertidumbre en su velocidad y por la masa de la partícula, nunca puede ser más pequeña que una cierta cantidad, conocida como constante de Planck.  Es una ley fundamental de la naturaleza.

Heisenberg señaló que para observar una partícula, hay que arrojar luz sobre ella. El cuanto de luz emitido, tendría como consecuencia la alteración de la partícula (independientemente del instrumento de observación) y con la energía recibida la partícula vería incrementada su energía cinética, por lo que tendería a desplazarse.

La mecánica cuántica, al contrario que la mecánica clásica, no predice un único resultado de cada observación. En su lugar, predice un cierto número de resultados posibles y nos da las únicamente las probabilidades de que una partícula pueda encontrase en cada uno de ellos.
El gran acierto de la teoría cuántica es que logra explicar prácticamente todo el mundo microscópico.

En 1932, Heisenberg, recibiría el Premio Nobel de Física por «La creación de la mecánica cuántica, cuyo uso ha conducido, entre otras cosas, al descubrimiento de las formas alotrópicas del hidrógeno».