Historias de la Ciencia

A veces, como afirmaría el genial James Burke, los caminos de la historia no siguen una línea recta sino que serpentean llevándonos de un sitio a otro de modo que es imposible predecir las consecuencias. Sólo podemos hablar a tiro pasado. Hoy os hablaré de uno de esos serpenteos.

Nuestra historia empieza con las ecuaciones de Maxwell. Ya os conté en su momento que este físico escocés había unido la electricidad con el magnetismo y a ambos con la luz. Todo era la misma cosa. Era una teoría muy bonita y elegante pero faltaba un pequeño detalle: no había ninguna evidencia experimental. ¿Quién podría creer que vivimos en un Universo donde las ondas electromagnéticas campan a sus anchas? Y ya se sabe que los científicos son (somos, si me permitís) muy nuestros con estas cosas.

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) fue un joven que dejó sus estudios de ingeniería eléctrica por los de física. Fue alumno de Helmholtz y Kirchoff y profesor de la Escuela Politécnica de Karlsruhe, en Alemania. Se interesó en la teoría electromagnética propuesta por Maxwell y buscó la manera de generar y detectar en un laboratorio esas ondas electromagnéticas que Maxwell había predicho. 

Si lo que se propagaba era un campo electromagnético y el campo magnético era inducido por un campo eléctrico variable, lo mejor era generar chispas entre dos esferas metálicas con un voltaje muy grande, teniendo de este modo un campo eléctrico variable. Por otro lado, debía hacer un receptor de manera que tuviera un período cercano al del emisor.

El primer problema era obtener un voltaje muy alto y para ello utilizó un carrete o bobina de Ruhmkorff. No os dejéis impresionar: es el mismo principio que hace saltar las chispas en las bujías de vuestros coches.

Hecha la conexión, aumentaba el voltaje entre ambas esferas hasta que en cierto momento era lo suficientemente grande como para que saltara una chispa entre ellas. Hertz razonó que al saltar estas chispas se produciría un campo eléctrico variable que, según Maxwell, debería inducir un campo magnético, también variable. Estos campos serían una perturbación que se debería propagar, es decir, debería producirse una onda electromagnética. De esta forma, Hertz construyó un radiador de ondas electromagnéticas. Observó que saltaban chispas entre las esferas chicas de manera intermitente. Os pongo el esquema de su generador.

Ahora debía detectar esa radiación electromagnética emitida y para ello construyó detectores de diferentes tipos. Básicamente, una espira metálica no cerrada en cuyos extremos tenía una punta y una esfera. Hertz razonó también que al llegar las ondas al detector, se induciría en él un campo electromagnético que, a su vez, generaría una corriente eléctrica. Al estar con los extremos abiertos, sin embargo, no habría intensidad, sino que aparecería un voltaje que si llegaba a ser suficientemente grande, haría que saltaran chispas.

Y sucedió: las chispas saltaron. Hertz pudo detectar esa radiación electromagnética hasta una distancia de 15 metros. La teoría de Maxwell quedó confirmada experimentalmente. Por supuesto, reprodujo una y otra vez los experimentos con todo tipo de variantes y se dio cuenta de que podía determinar que la longitud de onda de la luz que provocaba la pequeña chispa estaba en el rango del ultravioleta y las ondas que se propagaban tenían reflexión y refracción como se esperaba. Hoy, en su honor, a las ondas electromagnéticas las llamamos ondas hertzianas.

Desgraciadamente, este hombre murió antes de llegar a los 37 años. Su sobrino Gustav Ludwig Hertz fue ganador del Premio Nobel de Física de 1925, y el hijo de Gustav, Carl Hellmuth Hertz, inventó la ultrasonografía médica. Una familia impresionante.

Hay, además, un detalle que ennoblece a Heinrich Hertz. Resulta que otro científico llamado Oliver Heaviside (1850-1925), nacido en Londres, Inglaterra, había adquirido en su temprana juventud gran experiencia práctica como operador de telégrafo y se había interesado también por los trabajos de Maxwell y simplificó sus ecuaciones como había hecho Hertz.

Cuando presentó su trabajo a la Royal Institution no los aceptaron por su «falta de rigor matemático». Heaviside replicó: Bien, ¿y qué? ¿dejaré de cenar porque no entiendo con todo detalle el proceso de la digestión?. Hertz reconoció en su libro sobre electricidad: El señor Heaviside tiene la prioridad. Un gran detalle de un gran hombre.

Continuemos. Tenemos demostrado que una chispa producida en un lugar podía hacer que se generara otra chispa en otro lugar. Este detalle, que puede parecer superfluo, no pasó por alto a los del Ministerio del Aire de Londres. Es más: les sonó a música celestial. Se pusieron en contacto con un funcionario del que su mujer decía que era un soso y apagado en las pocas horas del día no dedicadas al laboratorio, que trabajaba en unas lúgubres instalaciones del Observatorio de Investigación Atmosférica del Laboratorio Nacional del Física y le preguntaron si era cierto el rumor de que los emisores de radio podían emitir unos «rayos de la muerte» contra un avión enemigo. Si no derribar al avión, por lo menos, matar al piloto.

Ese funcionario se llamaba Robert Alexander Watson-Watt y era descendiente del famoso James Watt, considerado inventor de la máquina de vapor. Watson-Watt no tenía la respuesta en aquel momento pero se puso a investigarla inmediatamente con un compañero de oficina llamado Arnold Wilkins que sabía mucha más física y matemáticas que él. Este último hizo cálculos y se dio cuenta que las ondas emitidas no tenían la suficiente potencia como para derribar un avión o matar al piloto, pero lo que sí podía conseguir es que el avión se transformara en un emisor.

Resulta que los metales tienen muchos electrones libres. Si se emitía una onda electromagnética contra un avión, los electrones del metal que había en él se moverían de un lado a otro, convirtiéndose, a su vez, en emisores. Vamos, que el avión se convertía un emisor de radio y si construían los detectores correspondientes podría ser localizado desde tierra. ¿Os suena un dispositivo así? Hoy lo conocemos con el nombre de Radio Detection And Ranging o RADAR.

Antes, sin embargo, se tenía que probar. Si los científicos somos muy nuestros, no os digo ya los militares. Aquellos individuos, muy importantes algunos de ellos, se interesaron por lo que Watson-Watt les estaba proponiendo. Para probarlo necesitaban un potente emisor, un avión y un receptor. El avión podía ser cualquiera de la RAF, la emisora de radio cualquiera de las antenas de la BBC en Daventry (Northamptonshire) que emitían regularmente y un osciloscopio como receptor que pidió prestado a un colega.

A primera hora del 26 de marzo de 1935, un bombardero de la RAF voló por encima de los observadores reunidos en un campo cercano al transmisor de la BBC y fue detectado a una distancia de 13 km. En realidad, el muy bribón de Watson-Watt, para asegurarse que la demostración no iba a fallar, había añadido una larga tira de metal al avión; aunque no hubiera hecho falta. En aquel momento dijo su frase que ha quedado para la posteridad: Gran Bretaña se ha convertido de nuevo en una isla. Quizás no fueron «rayos de la muerte», pero no estuvo mal el invento, ¿verdad?

Y es que esta poderosa herramienta, el RADAR, jugó un papel decisivo en la Batalla de Inglaterra. Pero dejaremos las crónicas de la guerra para otras historias.

Fuentes:
«El Universo eléctrico», David Bodanis
«Todo sobre Einstein», Cynthia Phillips & Shana Priwer
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_17.htm
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_18.htm
http://www.monografias.com/trabajos13/electmag/electmag.shtml#HERTZ
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/Faraday/Nuestras%20chispas.htm