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Conferencia 12

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Conferencia 12. Siglo XIX Época de oro de las matemáticas Surgimiento de la espectroscopia y el inicio de la era atómica.

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Conferencia 12

Siglo XIX

Época de oro de las matemáticas

Surgimiento de la espectroscopia y el inicio de la era atómica

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La Torre Eiffel  que levanta unas  seis mil trescientas toneladas de hierro forjado en 18.000 piezas, a unos 300 m de altura  para la Exposición Universal de París de 1889, acaso queda como exponente de una nueva monumentalidad perteneciente a esta época de esplendor del acero. Hasta hoy sigue dominando el cielo de París.

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Características que definen el avance de las matemáticas en el Siglo XIX

  • - Ampliación del contenido del objeto de las matemáticas, debido fundamentalmente a las exigencias crecientes de las ciencias afines.
  • En segundo lugar la necesidad de fundamentar las matemáticas en su conjunto, produciéndose una revisión crítica de los conceptos primarios y afirmaciones.
  • - Ampliación considerable del campo de aplicaciones, condicionado por el aumento de posibilidades del aparato del análisis matemático.
  • Álgebra Moderna.
    • Teoría General de Ecuaciones Algebraicas.
    • Teoría de Grupos.
    • Álgebra Lineal.
  • Análisis Matemático.
    • Teoría de Límites.
    • Teoría de Funciones.
    • Teoría de Número Real y Teoría de Conjuntos.
  • Teoría de las funciones de variable compleja.
  • Transformación de la geometría.
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Teoría General de las Ecuaciones algebraicas:Este fue el problema fundamental del álgebra durante el siglo XIX, entendiéndose como la búsqueda de las raíces de la ecuación con ayuda de operaciones racionales y la operación de la extracción de la raíz. En este época se introdujeron una serie de conceptos, entre ellos el concepto de grupo, que yacen en la base del álgebra moderna. Tengamos en cuenta los trabajos de K.F. Gauss, N.H. Abel y E. Galois. Gauss hizo sus primeros descubrimientos en álgebra siendo muy joven, advirtiendo ya en 1796 la relación entre la búsqueda de raíces de la ecuación xn-1=0 y la división de la circunferencia en partes iguales. Tres años más tarde demostraba el teorema fundamental del álgebra, dando en 1815, 1816 y 1849 tres nuevas demostraciones. Otro de los notables descubrimientos algebraicos de comienzo de siglo es la demostración de la irresolubilidad en radicales de las ecuaciones de quinto grado. Por este camino llevó P. Ruffini sus investigaciones a finales del siglo XVIII, pero el primer éxito real lo obtuvo Abel quien realizó investigaciones fundamentales en el campo de la teoría de funciones analíticas, e investigó una serie de funciones especiales como las elípticas e hiperbólicas. Pero Abel no pudo dar un criterio general de resolubilidad en radicales de las ecuaciones con coeficientes numéricos. Sin embargo, la solución a este problema no se hizo esperar largamente y se debe a Evaristo Galois. El objeto fundamental de sus investigaciones fue el determinar cuando son resolubles mediante radicales las ecuaciones polinómicas.El aparato algebraico introducido tuvo, sin embargo, una significación que salía de los marcos del problema indicado. Su idea del estudio de la estructura de los campos algebraicos y la comparación con ellos de la estructura de los grupos de un número finito de sustituciones, fue la base fructífera del álgebra moderna. la teoría actual de Galois, se ha convertido en una disciplina matemática compleja y ramificada, que incluye un amplio materialsobre las relaciones entre las propiedades de las ecuaciones, los números algebraicos y los grupos.

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Las particularidades del nuevo periodo se manifiestan desde el comienzo del siglo. En álgebra hay que tener en cuenta los trabajos de Abel y Galoissobre la resolución de ecuaciones algebraicas en radicales.

Évariste Galois (1811 – 1832)

Ellos promovieron a un primer lugar en el álgebra una serie de conceptos generales muy abstractos, entre los cuales merece el primer lugar el concepto de grupo.

Abel, Niels Henrik (1802 -1829)   

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Teoría de Grupos: Galois y Ruffini introdujeron de forma independiente el concepto de grupo. En la primera mitad del siglo XIX, los resultados de la teoría de grupo jugaron un papel auxiliar, especialmente en la teoría de las ecuaciones algebraicas, formándose, predominantemente, la teoría de los grupos finitos. Posteriormente, ya en los años 50, en trabajos de Cayley y otros, comenzaron a aparecer definiciones abstractas más generales de grupo.

Paolo RUFFINI  (1765 - 1822)

En el año 1870 de C. Jordan, hizo un resumen de los resultados de la teoría de grupos finitos en su aplicación a la teoría de números, teoría de funciones y geometría algebraica. El trabajo de Jordan incidió de manera sustancial en la introducción de la teoría de Galois en la corriente del pensamiento mayoritario.

Camille Jordan (1838 - 1922)

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A finales de siglo, aparecieron las primeras aplicaciones de la teoría de grupo, resolviéndose, por ejemplo, el problema de la clasificación de todas las redes cristalinas espaciales gracias a los trabajos de E.S Fiedorov . Los grupos discretos finitos, a los que pertenecen los grupos de Fiedorov, obtuvieron extensión en la teoría de los espacios multidimensionales en relación con la teoría de los poliedros regulares en éstos. Posteriormente se planteó la investigación de los grupos infinitos, tanto discretos como continuos y también sobre la creación de un aparato de cálculo adaptado a las necesidades de la teoría de grupo. los logros fundamentales sobre estas cuestiones pertenecen a los discípulos de C. Jordan, F. Klein y S. Lie.

Sophus Lie (1842 1899)

En la confluencia de los siglos XIX y XX la teoría de grupos se ramificó desmesuradamente, formando el núcleo del álgebra actual. Ella se compone de una serie de teorías altamente desarrolladas: los grupos finitos, los grupos discretos infinitos, los grupos continuos, entre ellos los grupos de Lie.

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Los métodos teóricos de grupos penetraron en una serie de disciplinas matemáticas y sus aplicaciones. Los descubrimientos de De Broglie, Schrödinger, Dirac y otros, en la mecánica cuántica y en la teoría de la estructura de la materia mostraron que la física moderna debe apoyarse en la teoría de los grupos continuos, en particular en la teoría de la representación de grupos por operadores lineales, la teoría de los caracteres y otras elaboradas por Cartan, H. Weyl y otros científicos.

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger

Paul Dirac

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Transformación de la Geometría: La geometría hacia comienzos del siglo XIX representaba ya un amplio complejo de disciplinas surgidas del análisis y generalizaciones de los datos sobre las formas espaciales de los cuerpos. Junto a las partes elementales, se incluyeron en la geometría casi todas aquellas partes que la conforman actualmente. La geometría analítica realizó un gran camino de desarrollo y determinó su lugar como parte de la geometría que estudia las figuras y transformaciones dadas por ecuaciones algebraicas con ayuda del método de coordenadas utilizando los métodos del álgebra. La geometría diferencialse caracterizó por la utilización de los conceptos y métodos del cálculo diferencial, lo que conllevó relaciones estables con el análisis matemático y con numerosos problemas aplicados. Una de las características principales de la geometría que se desarrolló durante la segunda mitad del siglo XIX, fue el entusiasmo con que los matemáticos estudiaron una gran variedad de transformaciones. De ellas, las que se hicieron más populares fueron las que constituyen el grupo de transformaciones que definen la denominada geometría proyectiva. Los métodos aparentemente detenidos en su desarrollo desde la época de Desargues y Pascal, de estudio de las propiedades de las figuras invariantes respecto a la proyección, se conformaron en los años 20 del siglo XIX en una nueva rama de la geometría: la geometría proyectiva, merced sobre todo a los trabajos de J. Poncelet.

Jean Victor Poncelet

1788 - 1867

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János Bolyai , 1811

Carl Friedrich Gauss (1777 – 1855)

Nikolai Ivanovich Lobachevski (1792 1856)

El descubrimiento en los años 20-30 por Lobachevski y también por J. Bolyai y Gauss de los hechos fundamentales de la geometría hiperbólica no euclideana y en los años 60-70 la búsqueda de sus interpretaciones, provocaron en el sistema de ciencias geométricas transformaciones de carácter revolucionario

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Teoría de Funciones: En la primera mitad de siglo se realizó una investigación profunda de los fundamentos del análisis matemático, utilizando los métodos y resultados de la teoría de conjuntos y la teoría de funciones de variable real. Los méritos principales en este rama, corresponden a Bernard Bolzano, aunque sus resultados fundamentales vieran la luz después de su muerte. ya en 1817, Bolzano formuló y demostró el teorema de que si un conjunto de números reales está acotado entonces tiene extremo, adelantándose en cuarenta años a Weierstrass. Igualmente se adelantó a Cauchy en el estudio del criterio de convergencia de sucesiones y dio una definición rigurosa de continuidad de funciones. Estudió profundamente las propiedades de las funciones continuas y demostró en relación con éstas una serie de notables teoremas, destacando el denominado teorema de Bolzano: una función continua toma todos los valores comprendidos entre su máximo y su mínimo. También amplió la clase de curvas continuas, aplicando el método de acumulación de singularidades y obtuvo, entre otras funciones originales, la función que no tiene derivada en ningún punto y conocida actualmente como función de Bolzano. En otra de sus obras "Paradoja del Infinito" encontramos las bases de la posterior teoría de conjuntos.

Bernard Bolzano (1781 1848)

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Teoría de Límites:Uno de los lugares centrales del análisis lo ocupa el concepto de límite. Sobre él se apoya todo el aparato de las demostraciones infinitesimales. los matemáticos del siglo XVIII probaron un conjunto de procedimientos para fundamentar el análisis infinitesimal, pero la insatisfactorio de casi todos estos métodos se hizo rápidamente evidente.A finales del siglo XVIII y principios del XIX era más que evidente la necesidad de costrucción de la teoría de límites como base del análisis matemático y una reconstrucción radical de este último. Este proceso de reconstrucción se reveló claramente en los años veinte de este siglo, sobre todo en los trabajos de Agustín-Luis Cauchy y en sus famosas conferencias, las cuales fueron publicadas en tres libros:

Augustín Louis Cauchy (1789 – 1857)

"Curso de análisis" (1821); "Resumen de conferencias sobre el cálculo de infinitesimales" (1823) y "Conferencias sobre aplicaciones del análisis a la geometría" (dos tomos 1826,1828).Estos libros tienen una importancia especial, porque en ellos por primera vez, el análisis matemático se construye sucesivamente sobre la teoría de límites.El primero de los libros está dedicado al estudio de las funciones elementales, tanto de variable real como compleja, incluyendo el estudio de las series infinitas. Asimismo se introduce por primera vez, una magnitud infinitesimal como una variable cuyo límite es igual a cero. Expuso también la cuestión de la convergencia de las series, así como sus criterios de convergencia. En el segundo de los libros se expone el cálculo diferencial e integral de función de variable real, destacando la aparición de una demostración analítica de existencia de integral definida de una función continua.

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Georg Cantor (1845 – 1918)

Julius Wilhelm Richard Dedekind (1831 – 1916)

Karl Theodor Wilhelm Weierstrass

(1815 – 1897)

Teorías de Número Real y Teoría de Conjuntos: En el año 1872 surgieron una serie de trabajos, escritos por G. Cantor, R. Dedekind, K. Weierstrass, E. Heine y Ch. Meray cuyo único objetivo era el de dotar de una teoría rigurosa al número real, problema éste considerado vital para una correcta fundamentación del análisis. Así Dedekind definió el número real como una cortadura en el conjunto de los números racionales, dando al conjunto de los números reales una interpretación geométrica en forma de línea recta. Cantor, por su parte, identificó al número real con una sucesión convergente de números racionales. La creación de la teoría de conjuntos infinitos y los números transfinitos pertenece también a G. Cantor. Él demostró la no equivalencia de los conjuntos de números racionales y reales. Durante los años 1879 a 1884 elaboró de forma sistemática la teoría de conjuntos, introduciendo el concepto de potencia de un conjunto, el concepto de punto límite, de conjunto derivado.. La teoría general de las potencias de conjuntos, las transformaciones y operaciones sobre conjuntos y las propiedades de los conjuntos ordenados constituyeron fundamentalmente la teoría abstracta de conjuntos. Las cuestiones de fundamentación de la teoría de conjuntos, junto con la investigación de los límites de su aplicación se convirtieron durante el siglo XX en una ciencia especial, la "lógica matemática", la cual forma una parte importante de los fundamentos de las matemáticas modernas.

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Teoría de las funciones de Variable Compleja:Durante los años 40 quedó superado el aislamiento de las ideas sobre funciones de variable compleja, merced sobre todo a los trabajos de B. Rieman (1826-1866) en los cuales aparecían amplias analogías que vinculaban esta teoría con otros campos de las matemáticas. Los resultados fundamentales de Rieman aparecen en sus obras "Fundamentos de la teoría general de funciones de variable compleja" (1851) y en "Teoría de las funciones de Abel" (1857). Entre los problemas analizados por Rieman citaremos el de en qué medida las funciones analíticas se determinan por sus condiciones en la frontera. Otro punto de desarrollo fue la interpretación geométrica de los números complejos y de las funciones de variable compleja, desarrollando las denominadas "superficies de Rieman". también investigó diversas clases de funciones que satisfacían ecuaciones diferenciales lineales con coeficientes algebraicos. Partiendo de las ideas de Rieman surgieron gran cantidad de trabajos cuyos autores elaboraron diferentes aspectos de la teoría de funciones de variable compleja

Georg Friedrich Bernhard Riemann (1826 1866)

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Calculo de variables complejas: Durante los siglos XVII y XVIII se establecieron, ya de una forma significativa, un conjunto de importantes aplicaciones de los números complejos en diversas ramas de la ciencia. El siglo XIX, se caracterizó por la introducción de definiciones precisadas de los conceptos fundamentales. Ante todo se trató del surgimiento de las interpretaciones geométricas del concepto de número complejo. Un tratamiento teórico lo suficientemente general de la cuestión surgió inicialmente, en los trabajos de Gauss y después en los de Cauchy. En 1831 Gauss publicó un trabajo sobre la teoría de los residuos bicuadráticos donde expuso la fundamentación teórica y la interpretación geométrica de los números complejos, dándoles por primera vez la denominación que se ha conservado hasta nuestros días.Laplace acudió a la interpretación en variable compleja, desarrollando el método de resolución de ecuaciones lineales en diferencias y diferenciales, conocido bajo la denominación de transformada de Laplace. Ésta y otras transformadas similares, permitieron resolver de forma efectiva muchos problemas de electrotecnia, hidrodinámica, mecánica y conductividad térmica entre otros. Fue precisamente esta presión de los problemas prácticos, lo que llevó a la necesidad de elaborar una teoría de funciones de variable compleja y a estudiar sus relaciones con las demás partes del análisis infinitesimal. El cumplimiento de esta tarea fue realizado fundamentalmente por Cauchy. Otra dirección en el desarrollo de la teoría de funciones de variable compleja, denominada analítica se formó en los trabajos de Weierstrass (1815-1897), quien elaboró un sistema de fundamentación lógica apoyándose en la rigurosa teoría de los números reales, como un medio en el cual funcionan todos los conceptos y métodos fundamentales.En este época, la mayoría de las investigaciones sobre el tema, se realizaban en el plano de desarrollo de una de las tres direcciones: La teoría de las funciones diferenciales de Cauchy, las ideas geométricas y físicas de Rieman y la dirección analítica de Weierstrass. Fue a finales de siglo y a comienzos del siglo XX cuando se unificaron conceptos, creando una concepción única general de la teoría de funciones de variable compleja.

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Al estadounidense Josiah Willard Gibbs (1839 – 1910) corresponde el mérito de  ser reclamado como matemático por sus aportaciones al análisis vectorial, físico por su  interpretación estadística de los fenómenos termodinámicos y químico por considerarse  el primero en integrar las funciones termodinámicas  al análisis de la espontaneidad de los procesos químicos. 

Nació y murió en su Connecticut y publicó  en lo que hoy llamaríamos una revista de poca visibilidad. Por esta razón, sus trabajos sólo fueron conocidos en la Europa, centro de las Ciencias en la época, una década más tarde. 

Josiah Willard Gibbs (1839 – 1910)

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La óptica, la astronomía y el nacimiento de dos nuevas técnicasEl primer tercio del siglo XIX fue testigo de una revolución en el campo de la óptica. No había transcurrido aún un siglo de la publicación de Opticks cuando el médico y físico inglés Thomas Young (1773 - 1829) casi con el nacimiento del siglo desafiaba la teoría corpuscular de la luz desarrollada por Newton. La teoría de Young sobre la necesidad de aceptar la naturaleza ondulatoria de la luz para explicar el fenómeno de interferencia, a pesar de la relevante posición que ocupó desde 1802 hasta su muerte como secretario externo de la Royal Society, fue acogida con una buena carga de escepticismo por la ciencia británica. A una década de los trabajos de Young, el físico francés Augustine Jean Fresnel (1788 - 1827) formaliza matemáticamente con gran rigor  las leyes que rigen  los fenómenos de interferencia y difracción de la luz.

Thomas Young (1773 - 1829

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Desde el inicio del siglo se suceden los descubrimientos que demuestran la existencia de  regiones del espectro de radiación solar invisible para el ojo humano.  En 1800 el astrónomo británico de origen alemán William Herschel (1738-1822) determina experimentalmente la temperatura asociada a cada color del espectro solar  y descubre que justamente por encima del rojo en la región del espectro visible existe una radiación que tenía más alta temperatura, que puede ser medida y sentida pero no ser vista: la región infrarroja.

William Herschel (1738-1822)

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En 1818 Agustin-Jean Fresnel presentó en la Academia de Ciencias de París un informe con un tratamiento matemático riguroso de los fenómenos de interferencia y difracción sobre la base de la teoría ondulatoria propuesta por Young que le merecieron el premio de la Academia del año siguiente.  Anteriormente, en 1811  junto con el físico François Arago (1786-1853) habían establecido las bases de las leyes de la interferencia de la luz polarizada. Fresnel había mostrado un lento aprendizaje durante la niñez y aún con ocho años no había aprendido a leer. Luego fue egresado de las instituciones de la ingeniería francesa, la Escuela Politécnica y la Escuela de Puentes y Caminos. Murió con sólo 39 años, víctima de la tuberculosis, cuando aún muchos de sus trabajos no habían sido publicados

Agustin-Jean Fresnel

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Entre 1812 y 1814 el óptico y físico alemán Joseph von Fraunhofer (1787-1826) redescubre las líneas oscuras del espectro solar,  e identifica una gran número de las 500 líneas que podía observar con el espectroscopio de red, inventado por él, que más tarde sería desarrollado para su aplicación en la espectroscopia ultravioleta y de rayos X.Las líneas de Franhoufer serían utilizadas eventualmente para descubrir la composición química de la atmósfera solar. En 1821 inventa la red de difracción construida con 260 alambres dispuestos juntos paralelamente. Pertenece a la extirpe de talentos desaparecidos prematuramente, víctima de la tuberculosis, con lo cual la ciencia perdía ulteriores realizaciones.

Joseph von Fraunhofer (1787-1826)

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Muchas de las innovaciones desarrolladas en el siglo XIX a la técnica de la microscopía se deben al egresado de ingeniería de la Universidad de Bolonia, y luego profesor de Matemáticas de la Universidad de Modena, Giovanni Baptiste Amici (1786 – 1863).  En 1827 Amici inventó el primer sistema de lentes para un microscopio acromático y en 1840 introduce la técnica de inmersión en aceite que minimiza las aberraciones ópticas, y luego en 1855 desarrolla el objetivo de inmersión en agua. Su interés investigativo abarcó no solo el universo microscópico sino también el espacio sideral. Un cráter en el lado oscuro de la Luna perpetúa su memoria.

Giovanni Baptiste Amici (1786 – 1863).

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La teoría ondulatoria sobre la imagen microscópica fue formulada en 1872 por el físico-matemático alemán Ernest Abbe (1840 - 1905). Abbe y el fabricante de material óptico de Jena, Carl Zeiss (1816 - 1888) inventaron un nuevo aparato para la iluminación del microscopio. De acuerdo con las deducciones de Abbe, Zeiss comenzó a fabricar 17 nuevos objetivos de microscopios que pronto se ganaron una reputación universal por la excelente calidad de las imágenes obtenidas.

Ernest Abbe (1840 - 1905).

Como resultado de las investigaciones de Zeiss con el químico Otto Schott (1851-1935) sobre las formulaciones de nuevos vidrios de grado óptico introdujeron en 1886 un nuevo tipo de lente objetivo el apochromat.  Los objetivos de Apochromat  eliminaron la aberración cromática y llevaron el poder de resolución  del microscopio al límite que disfruta hoy. Conforme Abbe había calculado, ningún refinamiento del vidrio o del cálculo teórico sobre la forma de la lente podría superar el límite de resolución para luz visible que está sobre la media micra. 

Carl Zeiss (1816 - 1888)

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El efecto que se produce cuando una fuente en movimiento emite ondas fue descubierto y explicado por primera vez en 1842, durante las sesiones de un congreso de ciencias naturales celebrado en Praga por el profesor  del Instituto Técnico de esta ciudad, el matemático austriaco Christian Johan Doppler (1803 – 1853). Este efecto consiste en que un observador situado delante de la fuente registrará la frecuencia de las ondas mayor que la realmente emitida, mientras que un observador situado detrás de la fuente reconocerá  una menor frecuencia. Más tarde, el fenómeno pasaría a la historia como “el efecto Doppler”. La demostración de que el efecto Doppler también era observado en la luz emitida por los astros que se acercaban o alejaban de nuestro planeta nunca fue demostrado antes de su muerte, provocada por la tuberculosis que padeció.

Christian Johan Doppler (1803 – 1853

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La expansión del conocimiento cósmico estuvo relacionada con el perfeccionamiento de las lentes telescópicas, el estudio de las perturbaciones de las trayectorias de diferentes astros a partir de la mecánica celeste newtoniana, y sobre todo con el análisis espectral de la radiación procedente de los astros.

Ya a comienzos del siglo XIX, el astrónomo británico, de origen alemán, William Herschel había descubierto las estrellas dobles. En sus sistemáticas observaciones de la bóveda celeste pudo apreciar que muy frecuentemente se encuentran dos estrellas brillantes muy cercanas una de la otra. Como no podía determinar si se trataba de un alineamiento casual o de un par físico, Herschel derivó de consideraciones estadísticas que el número de binomios ópticos observados era mucho mayor que el pronosticado por formación aleatoria. Concluyó que las estrellas constituyen pares físicos. Posteriormente logró detectar en algunos casos movimientos de una estrella en torno a la otra, lo que confirmó su afirmación inicial. Las investigaciones posteriores demostraron que la mayoría de las estrellas que se ven en el cielo son dobles o incluso múltiples. La espectroscopia permitía descubrir la existencia de estrellas dobles aún cuando se encontraran muy próximas y su movimiento orbital fue determinado por los diferentes  efectos Doopler mostrados en sus espectros.

William Herschel

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El asistente del laboratorio de Gay-Lussac y aspirante al puesto de profesor de Química de l'École polytechnique de París, Urbain-Jean-Joseph Le Verrier aceptó en 1837 la plaza de profesor de astronomía y geodesia y se consagró a la Mecánica Celeste. Por entonces el director del Observatorio Imperial de París Dominique F. J. Arago le sugirió estudiar las anomalías observadas en la órbita de Urano.  En 1846 publica los elementos de la órbita de un planeta hipotético. Había descubierto con la fortaleza de los cálculos un nuevo planeta cuya existencia sería anunciada.  meses más tarde desde el Observatorio Imperial de Berlín por el  astrónomo  Johann Gottfried Galle (1812 - 1910).   Existen los testimonios que demuestran que en septiembre de 1845 el astrónomo inglés John Couch Adams (1819 - 1891)  le transmitió al entonces director del Observatorio de Cambridge, James Challis (1803-1882), el resultado de sus cálculos sobre la posición precisa de un nuevo planeta más lejano que Urano, pero inexplicablemente, una información tan valiosa no recibió la atención merecida y Adams, de acuerdo con su carácter,  no reclamó el necesario examen de su solicitud.

Urbain-Jean-Joseph Le Verrier

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Desde el Observatorio de  Königsberg que dirigió desde los 29 años hasta su muerte, el matemático y astrónomo alemán Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) emprendió en 1838 la tarea de determinar el paralaje de la estrella 61 Cygni, perteneciente a la importante constelación del hemisferio norte llamada Cisne (Cignus), y al resolverla calculó con exactitud por primera vez la distancia de una estrella a la Tierra en 10,3 años-luz. Sus “Observaciones astronómicas” fueron publicadas en 1842. Un año antes había anunciado que Sirio, la estrella más brillante del firmamento, tenía una estrella compañera, lo que se confirmó diez años mas tarde, al calcularse la órbita de Sirio B. Esta estrella fue observada en 1862 por el fabricante estadounidense de potentes telescopios Alvan Graham Clark (1804 – 1887), después se comprobó que era una enana blanca.

Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846)

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El descubrimiento de la espectroscopia fue el resultado del estudio de la interacción entre la radiación visible y la sustancia abordado hacia mediados de siglo por el  físico alemán  Gustav Kirchhoff (1824 - 1887) y el químico Robert Bunsen (1811-1899). Según sus resultados, cada elemento cuando se calienta hasta el estado incandescente emite una luz de color característico que separada en sus componentes origina un patrón único. Esto hizo posible el nacimiento del análisis espectroscópico para identificar la composición química de las sustancias.  Pero más lejos aún llegaron con el descubrimiento de que los gases de los elementos absorbían luz de longitudes de onda específicas. Esto significó el descubrimiento de un método para identificar la composición química de remotos astros en el firmamento estelar.

Gustav Kirchhoff y su compatriota el químico R. Bunsen

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En 1862, fascinado por los trabajos espectroscópicos de Kirchoff y Bunsen, el astrónomo francés Pierre Jules César Janssen (1824 – 1907) inició sus estudios del espectro solar. Después de sus observaciones del eclipse solar de 1868 en la India Janssen sugirió que algunas de las líneas espectrales observadas por encima del extremo del sol eran debidas a un  elemento químico hasta entonces desconocido. Al año siguiente, trabajando en colaboración con el astrónomo inglés J. Norman Lockyer (1836 – 1920)  descubrieron una línea espectral cromosférica de un elemento desconocido al cual llamaron Helio. Más de un cuarto de siglo después en 1895 el químico inglés William Ramsay descubrió al Helio en el laboratorio.

Pierre Jules César Janssen (1824 – 1907)

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Uno de los pioneros en combinar la espectroscopia con la fotografía fue el profesor de física de la Universidad de Upsala, Anders Jonas Angstrom (1814 – 1874). En 1862, descubre al hidrógeno en la atmósfera solar mediante el análisis de su espectro.   Angstrom fue el primero en analizar el espectro de la aurora boreal, en 1867. Después, en el año 1868, publicó un mapa espectrográfico del sol: "Recherches sur le spectre solaire", que incluye medidas detalladas de más de 1000 líneas espectrales.  Para expresar las longitudes de onda propuso como unidad de medida la diezmillonésima parte de un milímetro que en su homenaje se llama Ángstrom. A pesar de no ser reconocida por el sistema internacional de unidades el Ángstrom (símbolo Å) se utiliza en las medidas atómicas y para las longitudes de onda de la radiación electromagnética. 

Anders Jonas Angstrom (1814 – 1874).

El empleo de la espectroscopia combinado con el métodoque ideó para fotografiar los espectros, condujo al astrónomo británico  William Huggins (1824 — 1910) y su esposa Margaret Lindsay (1848 – 1915) a relevantes descubrimientos. En 1864  logra la primera evidencia que permite distinguir entre nebulosas y galaxias.  Huggins descubre que algunos sistemas tienen espectros típicos de gases (como la nebulosa de Orión), mientras otros tienen espectros característicos de las estrellas (galaxia gigante de Andrómeda).  Por otra parte los espectros estelares de Huggins demuestran la unidad material del  universo al evidenciar que las sustancias que componen las estrellas se encuentran también en la Tierra.

William Huggins (1824 — 1910)

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Un problema que desborda la imaginación del hombre fue dilucidado por la investigación científica justamente en la mitad del siglo XIX. El físico francés Jean Bernard Leon Foucault (1819 - 1868) registró la velocidad de la luz en 298 000 km por segundo usando el método del espejo rotatorio. Un año más tarde descubrió que la velocidad de la luz depende del medio de propagación al encontrar diferencias en el agua y en el aire.

Jean Bernard Leon Foucault (1819 - 1868)

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El físico belga Joseph Antoine Plateau (1801 -1883) invento en 1832 un dispositivo precursor del cine. El disco mágico de Plateau  era capaz de rodar las imágenes a una velocidad superior a 10 cuadros por segundo, condición necesaria para dar la impresión de animación de las imágenes según su estimación del tiempo de conservación de la imagen en la retina, aproximadamente una décima de segundo. La pasión de Plateau por sus experimentos le hicieron perder la vista y de esta forma trágica no puede contribuir a la ulterior invención del cine.

Sesenta y tres años después de la invención del disco mágico de Plateau los hermanos Lumière, Louis (1864-1948) y Auguste (1862-1954), patentaron el cinematógrafo, un dispositivo que funcionaba como cámara de cine, proyector e impresor de copias. Se cumplía en este ingenio el principio establecido por Plateau: una manivela se ocupaba del arrastre intermitente de la película a una velocidad  de  16 imágenes por segundo. Casi  al  finalizar  el 1895, un 28 de diciembre, se estrenaba en París las primeras películas rodadas cada una con un minuto de duración. La época del séptimo arte había nacido y con él una nueva industria generalmente dominada por las leyes del mercado.

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Antecedentes de un nuevo paradigma atómico

En los últimos 25 años del siglo se producen los antecedentes inmediatos para un cambio de paradigma en la concepción del átomo y la consiguiente necesidad de la elaboración de un modelo atómico:

·        En 1879, William  Crookes (1832 – 1919) investigando el paso de la electricidad a través de un gas enrarecido en un tubo de descarga, pudo descubrir la emisión de un haz de rayos que se propagan en trayectoria rectilínea,  a los que llamó rayos catódicos.

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Johaann Jakob Balmer (1825 –1898), al estudiar el espectro de emisión del Hidrógeno, establece en 1885 que sus líneas espectrales se pueden agrupar en series cada una de las cuales converge a una frecuencia dada. Más tarde, Rydberg (1854 – 1919) obtiene la ecuación empírica para calcular la longitud de onda de la luz correspondiente a cada línea espectral en la serie de Balmer.

Johannes Rydberg(1854-1919)

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Dos años después de que en 1893 el mundo conociera  asombrado el espectáculo de la iluminación eléctrica en la Exposición Mundial de Chicago, los resultados de la experimentación con el paso de la electricidad a través de un gas enrarecido en un tubo de descarga estremecerían las concepciones físicas de la época. Jean Perrin (1870 – 1942), en 1895, al estudiar el comportamiento de los rayos catódicos en el tubo de Crookes, cuando se exponen a la acción de un campo  magnético, demuestra que constituyen partículas cargadas negativamente. Este propio año de 1895 nos trae el reporte de Roentgen acerca de una nueva radiación observada en el tubo de descarga de Crookes, emitida esta vez por el anticátodo a la cual llamó, ante la polémica surgida acerca de su naturaleza corpuscular u ondulatoria, rayos X.

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El 8 de noviembre de 1895, el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen (1845 – 1923) descubre unos extraños rayos que exhiben un alto poder de penetración. Ante el desconocimiento de su naturaleza, los llama rayos X, como en álgebra se designa a la incógnita. En diciembre él los había usado para tomar fotos de los huesos humanos, y al año era bien comprendido su extraordinario valor práctico. La rápida difusión de los rayos X a través del mundo, demostró la forma en que científicos, ingenieros, e inventores podrían convertir descubrimientos fundamentales en revolucionarias tecnologías en el entrante siglo XX.

Wilhelm Conrad Roentgen (1845 – 1923)

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En 1898, a dos años del  descubrimiento de la radiación de Becquerel, Marie Sklodowska (1867 – 1934)  y Pierre Curie (1859 – 1906), al analizar ciertos minerales uránicos descubrieron un metal vecino del Bismuto en la Tabla Periódica al cual llamaron, en honor al país natal de Marie, Polonio. Poco después obtuvieron señales de la existencia de otro elemento de elevada radiactividad, similar al Bario, para el cual propusieron el nombre de Radio (del griego radius que significa rayo). En 1899, en carrera con el término del siglo, uno de los asistentes  de los  Curie, A. Debierne (1875 – 1949) descubrió otro elemento radiactivo: el Actinio.  

Madame Curie tiene un record difícil de igualar, compartió en 1903 el premio Nobel  en Física y fue laureada luego en 1911 con el Nobel de Química. 

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Un año después del descubrimiento de Roentgen, Antoine H. Becquerel (1852 – 1908), físico por herencia,  descubre casualmente que ciertas  sales de uranio emiten una radiación invisible. En 1898, a dos años del descubrimiento de la radiación de Becquerel, Marie Sklodowska (1867 – 1934)  y Pierre Curie (1859 – 1906), al analizar ciertos minerales uránicos descubrieron un metal vecino del Bismuto en la Tabla Periódica al cual llamaron, en honor al país natal de Marie, Polonio. Otros dos radioelementos serían descubiertos en el laboratorio de los Curie antes del fin de siglo: el radio y el actinio. A los elementos de núcleos inestables “los transuránicos” le correspondería jugar un papel sin precedentes en la historia del hombre: el dominio de la llamada energía nuclear.

Antoine H. Becquerel (1852 – 1908),

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Al determinar experimentalmente la relación carga –masa de los rayos catódicos, Sir Joseph John Thomson, (1856 - 1940) demuestra inequívocamente que se tratan de partículas subatómicas y por consiguiente es universalmente reconocido como el científico que descubre e identifica el electrón. Sucesor de Maxwell en la dirección  del Laboratorio Cavendish en Cambridge,  Thomson recibe el Premio Nóbel de Física en 1906, y archiva el merito de que siete de sus investigadores asistentes, incluyendo a su hijo George merecieron igualmente este galardón.

Estos hechos experimentales reclamaban la construcción de un modelo atómico. Tales modelos aparecieron ya en el siglo XX dando así lugar al nacimiento de la Física Atómica y a la Física Nuclear y al dominio por el hombre de inusitadas fuentes de energía.

Sir Joseph John Thomson, (1856 - 1940)

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El físico alemán Karl F. Braun (1850 – 1918) es célebre por inaugurar el estudio de la conductividad de los cristales de sulfuros metálicos que más tarde se convertirían en los detectores de cristal, y en 1897 inventar el tubo de rayos catódicos o tubo de Braun que ha sido empleado en los receptores de televisión, los oscilógrafos y los radares. La combinación del disco de Nipkow como cámara con el tubo de Braun como receptor fue el éxito ya en 1910 del primer sistema de televisión.  En 1909 Braun compartió con Marconi el premio Nobel de Física.