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BIOGRAFÍAS DE GRANDES CIENTÍFICOS
Willard Gibbs Josías. Biografía del científico.
Directorio / Biografías de grandes científicos.
El misterio de Gibbs no es si fue un genio incomprendido o poco apreciado. El enigma de Gibbs está en otra parte: ¿cómo sucedió que la pragmática América, en los años del reinado de la practicidad, produjo un gran teórico? Antes de él, no hubo un solo teórico en América. Sin embargo, como no hubo casi teóricos después. La gran mayoría de los científicos estadounidenses son experimentadores. Josiah Willard Gibbs nació el 11 de febrero de 1839 en New Haven, Connecticut, hijo de un profesor de la Universidad de Yale. Durante seis generaciones, su familia fue famosa en Nueva Inglaterra por su beca. Uno de sus antepasados fue el presidente de la Universidad de Harvard, otro fue el secretario de la colonia de Massachusetts y el primer presidente de la Universidad de Princeton. El padre de Gibbs fue considerado un destacado teólogo. Cuando Gibbs tenía diez años, comenzó a estudiar en una pequeña escuela privada en New Haven, ubicada en la misma cuadra que su casa. Creció como un niño callado y tímido, siempre siguiendo a los demás, nunca siendo un líder, pero nunca manteniéndose al margen. En 1854, el joven ingresó a la Universidad de Yale y en 1858 Gibbs recibió una licenciatura. En esos años se estaba creando una escuela científica en Sheffield. En 1847, se abrió una escuela de posgrado con ella. Pero no fue hasta 1861 que esta escuela adquirió el derecho de otorgar el grado de doctor en física. Con el tiempo, Gibbs estaba destinado a convertirse en el mayor teórico de la ciencia de los Estados Unidos, pero su formación se basó en la practicidad estadounidense. En 1863, fue el primero en América en recibir un doctorado en física por su trabajo en ingeniería mecánica. La disertación se llamó "Sobre la forma de los dientes en el embrague de engranajes". Inmediatamente consiguió un puesto de profesor en la universidad durante tres años. El padre de Gibbs murió en 1861, dejando a los niños 23 dólares. Por lo tanto, Gibbs podría vivir con un pequeño ingreso. Mientras enseñaba, Gibbs no dejó de hacer su actividad favorita: la mecánica. Escribió varios artículos sobre turbinas de vapor e inventó el freno ferroviario, que funciona bajo la influencia de la inercia del tren. Cuando terminó su mandato en Yale en 1866, Gibbs se fue al extranjero con sus dos hermanas. Fue un punto de inflexión en su carrera. En Europa, recibió una educación profunda, que se convirtió en una base sólida para el trabajo más importante de su vida. Al principio estudió en la Sorbona y en el College de France. Durante dieciséis horas a la semana, Gibbs escuchaba conferencias y estudiaba con físicos y matemáticos como Duhamel y Louville. Aquí Gibbs leyó por primera vez las obras de Laplace, Poisson, Lagrange y Cauchy. Al año siguiente se fue a Berlín, donde estudió con Kundt y Weierstrass. Después de pasar un año en Berlín, se trasladó a Heidelberg, donde dieron conferencias científicos tan eminentes como Kirchhoff, Cantor, Bunsen y Helmholtz, de los que aprendió aún más sobre física teórica. Al regresar a Estados Unidos en 1869, se instaló en la casa de su padre en New Haven con su hermana, con quien se había casado durante un viaje al extranjero. El 13 de julio de 1871, el Boletín de la Universidad de Yale anunció que "el Sr. Josiah Willard Gibbs ha sido nombrado profesor de Matemáticas y Física, sin sueldo, en el Departamento de Filosofía y Bellas Artes". Este púlpito fue el primero en América. Solo porque quienes lo rodeaban conocían bien las capacidades de Gibbs y creían en su gran futuro, la Universidad de Yale encontró posible nombrarlo para este puesto. Después de convertirse en profesor, leyó mecánica, óptica ondulatoria, análisis vectorial, teoría de la electricidad y magnetismo. En 1873, aparecieron sus primeros trabajos de termodinámica "Métodos gráficos en la termodinámica de líquidos" y "Método de representación geométrica de las propiedades termodinámicas de sustancias usando superficies". En un gran estudio "Sobre el equilibrio de los sistemas heterogéneos", publicado en 1875-1878, Gibbs desarrolló y aplicó ampliamente su enseñanza. Isaac Newton amplió en un momento el concepto de equilibrio para incluir el movimiento. Su descubrimiento produjo una de las mayores revoluciones intelectuales de la historia. El trabajo de Gibbs no es menos importante. Amplió el concepto de equilibrio para incluir un cambio en el estado de la materia. El hielo se convierte en agua, el agua en vapor, el vapor en oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno se combina con el nitrógeno para formar amoníaco. Cualquier proceso en la naturaleza es un proceso de cambio; las leyes de tales cambios fueron descubiertas por Gibbs. Así como Newton descubrió las leyes de la mecánica, Gibbs creó las leyes de la química física, que se convirtieron en la corriente principal de la ciencia química. Gibbs tuvo que encontrar una unidad de medida para el estado de una sustancia, que mostraría si esta sustancia sufriría algún tipo de transformación o permanecería igual. La clave del descubrimiento de Gibbs fue la velocidad de la partícula, que es proporcional a su energía. La ciencia que estudia la energía térmica se llama termodinámica. Gibbs escribió: "Las leyes de la termodinámica... expresan... el comportamiento de los sistemas que consisten en una gran cantidad de partículas". El agua calentada a un volumen constante pierde una cierta cantidad de calor, que pasa a la estructura interna de la molécula. El amoníaco líquido durante la misma transformación, al convertirse en amoníaco gaseoso, también pierde algo de calor. Esta propiedad de absorción interna de calor se llama entropía. El cambio cuantitativo de entropía en cada reacción es de gran importancia. El cambio de entropía que ocurre cuando los líquidos hierven a volumen constante es igual al calor de vaporización dividido por el punto de ebullición. Los cambios de entropía en cada reacción se pueden encontrar mediante aritmética simple: el número de calorías necesarias para que se produzca la reacción se divide por la temperatura en grados a la que se produce la reacción. Gibbs introdujo la palabra "entropía" como término en termodinámica. En estos dos ejemplos, solo un componente (agua en el primer caso y amoníaco en el otro) cambió de fase de líquido a gas. Gibbs amplió esta comprensión para incluir varios componentes de modo que pudieran considerarse mezclas de líquidos y mezclas de sólidos. Cuando amplió aún más los límites de su teoría para incluir componentes que se combinan entre sí, finalmente descubrió una ecuación que describe las reacciones químicas y su equilibrio. Para tales sistemas, Gibbs identificó nuevas cantidades asociadas con la entropía que le permitieron predecir de antemano si ocurriría o no una reacción química o una transformación física y, de ser así, cuánto tiempo continuaría la reacción. Llamó a estas cantidades potenciales químicos. Al igual que la entropía, los potenciales químicos son una propiedad física de la materia. El resultado de estos estudios fue la famosa regla de fase de Gibbs. Lo esbozó en solo cuatro páginas sin dar ningún ejemplo específico. Durante los siguientes cincuenta años, los científicos escribieron muchos libros y monografías sobre la regla de la fase de Gibbs, describiéndola en relación con la mineralogía, la petrografía, la fisiología, la metalurgia y todas las demás áreas de la ciencia. La regla establecía las condiciones que debían observarse para que ciertos compuestos se encontraran en estado de equilibrio en varias fases: en estado líquido, sólido y gaseoso. Pronto fue reconocida como la ecuación lineal más importante en la historia de la ciencia. A los cincuenta años del descubrimiento de Gibbs, la química había penetrado en todas las ramas importantes de la industria mundial. Gracias a los resultados del trabajo de Gibbs, la fabricación de acero se convirtió en un proceso químico, al igual que hornear pan, hacer cemento, extraer sal, producir combustibles líquidos, papel, filamento de tungsteno para bombillas, ropa y cientos de miles de otros artículos. El trabajo de Gibbs también se utilizó para explicar la acción de los volcanes, los procesos fisiológicos que ocurren en la sangre, la acción electrolítica de las baterías y la producción de fertilizantes químicos. En los cincuenta años transcurridos desde la muerte de Gibbs, se han otorgado cuatro premios Nobel a obras basadas en sus escritos. Poco después de completar sus estudios clásicos en la primavera de 1879, Gibbs fue elegido miembro de la Academia Nacional de EE. UU., en 1880 miembro de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias en Boston. La fama científica de Gibbs creció rápidamente después de la publicación de su trabajo sobre termodinámica. Es elegido miembro de muchas academias y sociedades científicas extranjeras, recibe premios científicos. Además de la termodinámica, Gibbs hizo valiosas contribuciones al álgebra vectorial. En la naturaleza, hay muchas cantidades que deben caracterizarse no solo cuantitativamente, sino también en dirección. El álgebra vectorial de Gibbs ha simplificado el manejo del espacio. El vector de Gibbs generalizado se convirtió con el tiempo en una poderosa herramienta de la ciencia, que nació cuando Gibbs ya tenía una edad avanzada y permaneció desconocida para él: la teoría de la relatividad. En sus primeros estudios sobre el equilibrio, Gibbs partió del supuesto de que la materia es una masa continua. Más tarde se dio cuenta de que la materia está formada por diminutas partículas en movimiento. Revisó su termodinámica para reflejar este descubrimiento, diseccionando los fenómenos termodinámicos sobre una base estadística. La mecánica newtoniana se convirtió en mecánica estadística. En 1902 se publicó la obra fundamental de Gibbs, Fundamentals of Statistical Mechanics. Basándose en suposiciones completamente independientes, Gibbs, utilizando la mecánica estadística, descubrió un nuevo significado para la entropía y otras cantidades relacionadas que parecían tan poderosas en una primera aproximación. Sobre la base de la segunda ley clásica de la termodinámica, los contemporáneos de Gibbs predijeron el "fin del mundo", cuando la entropía del universo se acercaría a su máximo, es decir, iría más allá de los límites a partir de los cuales sería imposible transferir energía a formas utilizables. Este estado ha sido llamado "muerte por calor". Su aterradora descripción la dio el famoso escritor de ciencia ficción HG Wells en la novela La máquina del tiempo. La mecánica estadística de Gibbs mostró que tal resultado no es inevitable. Resultó que los científicos subestimaron significativamente las posibilidades de "rescate". Newton no sabía nada sobre la estructura de los planetas y las estrellas. Sus ecuaciones de movimiento planetario no dependían de su naturaleza y eran perfectamente correctas dentro de la mecánica newtoniana. Gibbs y sus contemporáneos no sabían nada sobre la estructura de la molécula. El mismo Gibbs entendió esto. Escribió: "Quien basa su trabajo en una hipótesis relativa a la estructura de la materia, erige un edificio sobre la arena". Al igual que Newton, Gibbs tenía el don de la providencia y su mecánica estadística sobrevivió a todos los descubrimientos posteriores en física atómica y nuclear. Gibbs se acercó a las verdades básicas de la naturaleza como solo lo habían hecho los mejores científicos antes que él. El trabajo de Gibbs es difícil de leer y comprender. Realizó varios bocetos preliminares, luego desarrolló mentalmente sus estudios hasta alcanzar la perfección total. Cuando comenzó a plasmar sus teorías en el papel, omitió las etapas intermedias en el curso de su razonamiento, ya que le parecía que ya no importaban. El trabajo de Gibbs encontró una amplia comprensión y aplicación solo diez o veinte años después. En los tres siglos de historia de la ciencia moderna, no se pueden contar más de una docena de ideas de la misma importancia y profundidad que la teoría del equilibrio de Gibbs. Y en cada caso, se necesitaron al menos dos décadas para que estas nuevas ideas fueran aceptadas en su totalidad. Los colegas de Gibbs en Yale probablemente no entendieron la importancia de su trabajo, pero sin duda sabían que era un genio. Gibbs era un hombre esbelto, de estatura media, tranquilo y confiado, con un típico rostro yanqui. Una cuidada barba, que lucía a la moda de la época, le daba respetabilidad. Su voz era delgada, hablaba en un tono cortés. Sobre él, un hombre de mente rápida, con una inclinación por la ironía sutil, los niños lo recuerdan solo como un tío Will amable y gentil. Sus ojos brillantes eran penetrantes y agudos. Sabía cómo llevar tonterías ridículas, comenzar juegos divertidos y bromas y realmente no se esforzaba por hacer nuevos conocidos. “Necesitaba un consejo, y sabía que me podía ayudar no solo porque era un gran científico, sino también porque sentía en él una persona amable y sensible”, sus sobrinos, sobrinas, amigos y alumnos. Gibbs era una de esas personas cuya modestia puede llamarse pasión. Durante su vida recibió diecinueve premios y diplomas honoríficos, incluido el principal premio internacional por logros científicos. Pero incluso sus amigos más cercanos no sabían completamente acerca de sus éxitos hasta que leyeron el obituario en los periódicos. Basado en el trabajo de Gibbs, James Maxwell ordenó un modelo de yeso tridimensional de las curvas de Gibbs y se lo envió como regalo. Era difícil pensar en una mejor señal de la admiración de un gran científico por otro. Estudiantes que conocían bien el origen del modelo le preguntaron un día: - ¿Quién te envió este modelo? Respondió brevemente: - Un amigo. - ¿Y quién es este amigo? - Un inglés. Durante mucho tiempo ha sido un misterio cómo Maxwell, en el apogeo de su fama, tuvo el tiempo y la perspicacia para desenterrar los artículos de Gibbs que aparecieron en la oscura revista de la Academia de Ciencias de Connecticut. Pero este misterio finalmente se resolvió. Maxwell se enteró del artículo de Gibbs de una manera muy sencilla: lo recibió por correo. Gibbs, a quien se acusaba constantemente de no estar interesado en los comentarios de otros científicos sobre su trabajo, envió reimpresiones de sus artículos a los científicos más famosos. Gibbs compiló una lista de quinientos siete nombres de científicos que vivían en veinte países. Durante su vida escribió veinte monografías y personalmente envió cada una de ellas a aquellos científicos de su lista para quienes pudieran ser de interés. El trabajo para Gibbs fue la justificación de toda su vida, y estaba feliz porque sabía lo grande que era su trabajo. Los últimos años de su vida se vieron ensombrecidos no solo por la pérdida de su hermana y amigos cercanos, sino también por el surgimiento de nuevas ideas revolucionarias en el campo de la física, los rayos X y los electrones. Todavía no sabía cómo estos descubrimientos inesperados podían ser compatibles con su concepto del universo. Un día, un nuevo descubrimiento lo molestó tanto que les dijo a sus alumnos, sacudiendo la cabeza con desconcierto: "Quizás es hora de que me vaya". Se sentía cansado, solo, y lo que solía justificar su vida parecía haberse ido para siempre. Pero Gibbs se preocupó en vano. Murió el 28 de abril de 1903, pero la mecánica cuántica no refutó su trabajo. Max Planck, dando una conferencia sobre física teórica y explicando su teoría en la Universidad de Columbia en 1909, en particular, dijo: "Cuán profundamente esta propuesta (el principio de entropía creciente) cubre todas las relaciones físicas y químicas, fue mejor y más completa que otras". señalado por Josiah Willard Gibbs, uno de los teóricos más célebres de todos los tiempos, no solo en Estados Unidos sino en todo el mundo". Autor: Samin D.K.
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