Historias de la Ciencia

En muchas situaciones, en la vida como en la ciencia, la suerte juega un papel fundamental. Cuando dos rivales científicos se enfrentan en una teoría, cada uno con sus argumentos, con resultados diferentes en un posible experimento solo uno puede tener razón … o tal vez, ninguno. Eso es lo que sucedió allá por el año 1901 y sobre ello versa nuestra historia de hoy.

Uno de nuestros protagonistas es Jules Henri Poincaré (1854-1912). Ha sido descrito como el último matemático universalista, o sea, que podía contribuir en todas las ramas de las matemáticas. De hecho, fue uno de los mejores alumnos en casi todas las materias que estudió. Su profesor decía de él que era “un monstruo de las matemáticas”. Podía leer a una velocidad increíble; es más, cualquier cosa que leía quedaba grabada en su memoria. Excedía incluso al mismísimo Euler en retentiva y capacidad de recordar. Era especialmente bueno en memoria espacial y citaba con exactitud cualquier página y línea donde se hiciera alguna afirmación particular a la que quisiera hacer referencia. Otra de sus singularidades, explicable quizás por su vista defectuosa, era su habilidad para aprender teoremas y pasajes matemáticos sólo escuchándolos y no leyéndolos, al revés de lo que sucede con la mayoría de los matemáticos. Desarrolló esta facultad especial en la escuela donde, incapaz de ver bien la pizarra, se sentaba detrás del todo y escuchaba con atención, a la vez que iba memorizando las explicaciones sin necesidad de tomar apuntes de ningún tipo.

Fue discípulo de Charles Hermite, trabajó en mecánica celeste y en el problema de los tres cuerpos, lo que le valió un premio concedido por el rey Óscar II de Suecia. Hizo trabajos teóricos sobre las mareas y las esferas fluidas en rotación, fue uno de los primeros en comprender la teoría de la Relatividad de un desconocido joven llamado Albert Einstein y en edad más madura escribió diversos ensayos sobre la facultad creadora en matemática. En fin, un genio sin el menor género de dudas.

Sin embargo, hoy os quiero hablar de uno de sus errores que, en realidad, no lo fue. No tenía la culpa: no podía saber en aquel momento una cosa que sabemos hoy y que tiene relación con el invento de la radio.

Históricamente, la primera persona que hizo un sistema capaz de transmitir y recibir un mensaje telegráfico sin hilos fue el profesor y físico ruso Alexander Stepánovich Popov, hijo de un sacerdote que abandonó sus planes de ser también sacerdote para dedicarse a las matemáticas. En 1894 (por lo tanto, un año antes de Marconi) ya había construido el primer receptor capaz de detectar las ondas electromagnéticas que presentó el 7 de mayo de 1895 ante la Sociedad Rusa de Física y Química. El 24 de marzo de 1896, hizo lo propio con un sistema completo de recepción-emisión de los mensajes telegráficos consiguiendo así de transmitir el primer mensaje sin hilos entre dos edificios de la Universidad de San Petersburgo situados a distancia de 250 metros. El texto del primer mensaje telegráfico fue: “HEINRICH HERTZ”. Fue, además, el primero en utilizar una antena.

Pero quien desarrolló comercialmente la radio fue Guglielmo Marconi. Empezó enviando mensajes a pequeñas distancias y poco a poco las fue alargando. En 1895 envió una desde su casa a su jardín y más tarde llegó a 1 km. En 1896 se trasladó a Inglaterra y envió una señal que llegó hasta unos 15 km de distancia. Por entonces estaba empezando a comercializarse su sistema. El ya anciano Lord Kelvin pagó para enviar un “marconigrama” al aún más anciano George Gabriel Stokes. Fue el primer mensaje de la historia transmitido de forma comercial.

Y es en este momento en el que entra en escena Henri Poincaré. Por aquella época publicó en el anuario del Bureau des Longitudes de París una noticia respecto al telégrafo sin cables donde aseguraba que el alcance útil de las ondas de radio no superaría los 300 km. Podemos pensar hoy que Poincaré estaba absolutamente equivocado. Al contrario: tenía toda la razón. Dejadme que os intente explicar por qué.

Si alguna vez os preguntan a qué altura está el horizonte, la respuesta debería ser inmediata: a la altura de nuestros ojos. Nunca está allá abajo o allá arriba: siempre a la altura de nuestros ojos. ¿Por qué? Os lo muestro con el siguiente dibujo (no sin antes disculparme por mi absoluta falta de gusto y estética Actualización: Marfil me ha hecho un dibujo mejor. Gracias).

Cuando miramos al horizonte, en realidad, trazamos una tangente a la Tierra. Pero si la luz y el electromagnetismo eran una misma cosa, tal como decían las ecuaciones de Maxwell, era imposible llegar más allá debido a la curvatura de nuestro planeta. Las ondas de radio son de mayor longitud de onda (varios metros) que las ondas del espectro visible (0,8 milésimas de mm). En virtud de la diferencia entre sus longitudes de onda, la luz no puede salvar apenas obstáculos, sino que es detenida hasta por el más pequeño; pero las ondas de radio podían “rodear” dicho obstáculo y llegar más allá.

Después de hacer sus números Poincaré llegó a la conclusión que la difracción no compensaría la curvatura de la Tierra y de ahí obtuvo ese máximo de unos 300 km. No era un impedimento técnico sino un impedimento teórico. Pero (y aquí hay un importante “pero”), por otro lado, Marconi había conseguido ponerse en contacto más de una vez con barcos que superaban la línea del horizonte. Basándose en esta experiencia, afirmaba que las ondas de radio se comportaban como ondas “guiadas”, o sea, adheridas a nuestro planeta por la conductividad de la corteza terrestre y la del mar. Incluso llegó a dibujar esta idea en un gráfico donde se ve una antena que emite ondas que dan un gran salto, llegan a la Tierra y luego vuelven a saltar. Rigurosamente hablando, la idea no era tan descabellada, pero el problema es que la conductividad de la Tierra es muy reducida para lograr hacer lo que pretendía Marconi.

El debate estaba servido. ¿Quién de los dos tenía razón? El juez, en estos casos, es la experimentación. El 12 de diciembre de 1901, Marconi estaba sentado en San Juan de Terranova (Canadá) a las 12:30 con los auriculares puestos esperando recibir los tres puntos en código Morse de la letra “S” que tenía que ser transmitida por uno de sus ayudantes desde Poldhu (Cornualles) a 3.360 km atravesando el océano … y los recibió con toda claridad. Así que esta fecha puede ser considerada como fundamental para el nacimiento de la radio, aunque en aquel momento sólo podían transmitirse mensajes por código morse.

¿Qué había podido suceder? ¿Dónde estaba el error de Poncaré? Algunos científicos llegaron a creer en las tesis de Marconi, pero al año siguiente llegaron Oliver Heaviside y Arthur Edwin Kennelly y dieron con la explicación correcta.

Resulta que en la Tierra tenemos atmósfera. Gracias a ello, nuestro planeta tiene una agradable temperatura para la vida, pues de no existir, estaríamos sometidos a unas medias de 50ºC bajo cero. Nos aísla de las partículas que corren por el espacio como si fuera un bloque de hormigón de 4,5 km de grosor. Pero en proporción tampoco es muy gruesa. Si la Tierra fuera del tamaño de uno de esos globos terráqueos de mesa, su grosor sería del de un par de capas de barniz.

Desde el nivel del mar hasta unos 16 km de altura tenemos la troposfera que es donde se genera el clima. Desde allí hasta hasta unos 50 km de altura tenemos la estratosfera. Por encima de esos 50 km encontramos la mesosfera. Aunque allí la atmósfera es extraordinariamente tenue, todavía hay moléculas para ofrecer resistencia y es allí donde arden los meteoritos. También es donde los cristales de hielo forman las nubes más altas, iluminadas por el sol que se ha ocultado bajo el horizonte cuando oscurece. Así hasta unos 80 km de altura. Pues bien, por aquellas zonas está la ionosfera que actúa como un espejo para las ondas de radio. Es gracias a ella, también, que podemos disfrutar de las auroras polares.

Ahí estaba, pues, la clave: la existencia de la ionosfera a la que hoy se le llama también capa de Kennelly-Heaviside y cuya existencia real se comprobó en 1925. Ni Poincaré ni Marconi podían haber sospechado su existencia. De no haber existido, esas ondas jamás hubieran llegado a Terranova y, efectivamente, las señales de Marconi no podrían haber superado los 300 km de distancia.

Y lo que son las cosas. Aunque no hubiera existido y no hubiera llegado la señal, seguro que Marconi se hubiera hecho igualmente rico. Pero ese golpe de suerte le hizo ganar un premio Nobel en 1909, cuando en realidad su tesis estaba equivocada y el pobre Poincaré, que tenía razón y cuyos méritos científicos fueron mucho mayores que los de Marconi, se quedó sin él.

Que luego digan que la suerte no juega un papel clave en algunas situaciones.

Fuentes:
“El genio incomprendido”, Federico di Trocchio
“Historias curiosas de la ciencia”, Cyril Aydon
“Enciclopedia Biográfica de Ciencia y Tecnología (Tomo III)”, Isaac Asimov
“Una breve historia de casi todo”, Bill Bryson
http://www.deseoaprender.com/LeyesPerspectiva/Lecc1LeyesPerspect.htm
http://www.geocities.com/grandesmatematicos/cap28.html