Hace unos días, un Magíster en Artes, que aún es un hombre joven y por lo tanto ha recibido una educación moderna, me declaró que hasta cumplir los veinte años nunca le habían enseñado nada respecto a los fenómenos naturales o las leyes naturales. Doce años de su vida anterior los había pasado exclusivamente entre los antiguos. El caso, lamento decirlo, es típico. Ahora bien, no podemos, sin perjuicio para la humanidad, separar el presente del pasado.
John Tyndall fue un destacado físico irlandés del siglo XIX. Su fama científica inicial surgió en la década de 1850 a partir de su estudio del diamagnetismo. Posteriormente realizó descubrimientos en los campos de la radiación infrarroja y las propiedades físicas del aire, demostrando la conexión entre el CO2 atmosférico y lo que ahora se conoce como efecto invernadero en 1859.
Tyndall también publicó más de una docena de libros científicos que llevaron la física experimental de vanguardia del siglo XIX a una amplia audiencia. De 1853 a 1887 fue profesor de física en la Royal Institution of Great Britain en Londres.
Primeros años y educación
Tyndall nació en Leighlinbridge, condado de Carlow, Irlanda. Su padre era un policía local, descendiente de emigrantes de Gloucestershire que se establecieron en el sureste de Irlanda alrededor de 1670. Tyndall asistió a las escuelas locales Ballinabranna Primary School en el condado de Carlow hasta el final de su adolescencia, y probablemente fue maestro asistente hacia el final de su tiempo allí. Los temas estudiados en la escuela incluían notablemente dibujo técnico y matemáticas con algunas aplicaciones de esas materias a la topografía. Fue contratado como delineante por la Ordnance Survey of Ireland a fines de su adolescencia en 1839, y se trasladó a trabajar para la Ordnance Survey for Great Britain en 1842. En la década de 1840, se produjo un auge de construcción de ferrocarriles, y la experiencia de Tyndall en topografía era valiosa y demandada por las compañías ferroviarias. Entre 1844 y 1847, fue empleado lucrativamente en la planificación de la construcción de ferrocarriles.
En 1847 Tyndall optó por convertirse en profesor de matemáticas y topografía en Queenwood College, una escuela interna en Hampshire. Recordando esta decisión más adelante, escribió: "el deseo de crecer intelectualmente no me abandonó; y, cuando el trabajo ferroviario disminuyó, acepté en 1847 un cargo como maestro en Queenwood College." Otro joven profesor que llegó recientemente a Queenwood fue Edward Frankland, quien previamente había trabajado como asistente de laboratorio químico para la British Geological Survey. Frankland y Tyndall se convirtieron en buenos amigos. Basándose en el conocimiento previo de Frankland, decidieron ir a Alemania para continuar su educación en ciencias. Entre otras cosas, Frankland sabía que ciertas universidades alemanas estaban por delante de cualquiera en Gran Bretaña en química y física experimental. Las universidades británicas seguían enfocadas en clásicos y matemáticas y no en ciencia de laboratorio. La pareja se trasladó a Alemania en verano de 1848 y se inscribió en la University of Marburg, atraída por la reputación de Robert Bunsen como profesor. Tyndall estudió bajo Bunsen durante dos años. Quizás más influyente para Tyndall en Marburg fue el Profesor Hermann Knoblauch, con quien Tyndall mantuvo comunicaciones por carta durante muchos años después. La disertación de Marburg de Tyndall fue un análisis matemático de superficies de tornillo en 1850 bajo Friedrich Ludwig Stegmann. Tyndall permaneció en Alemania un año más realizando investigaciones sobre magnetismo con Knoblauch, incluyendo algunos meses de visita en el laboratorio de Berlín del principal maestro de Knoblauch, Heinrich Gustav Magnus. Está claro hoy que Bunsen y Magnus fueron entre los muy mejores instructores de ciencia experimental de la era. Por lo tanto, cuando Tyndall regresó a vivir a Inglaterra en verano de 1851, probablemente tenía una educación tan buena en ciencia experimental como cualquiera en Inglaterra.
Primeros trabajos científicos
El trabajo científico original temprano de Tyndall en física fueron sus experimentos sobre magnetismo y polaridad diamagnética, en los que trabajó de 1850 a 1856. Sus dos informes más influyentes fueron los dos primeros, coautorizados con Knoblauch. Uno de ellos se titulaba "The magneto-optic properties of crystals, and the relation of magnetism and diamagnetism to molecular arrangement", fechado en mayo de 1850. Los dos describieron un experimento inspirado, con una interpretación inspirada. Estas y otras investigaciones magnéticas pronto hicieron que Tyndall fuera conocido entre los principales científicos de la época. Fue elegido Fellow of the Royal Society en 1852. En su búsqueda de un cargo de investigación adecuado, pudo pedirle al editor de larga trayectoria de la principal revista de física alemana Poggendorff y a otros hombres prominentes que escribieran testimonios en su nombre. En 1853, logró el prestigioso cargo de Professor of Natural Philosophy Physics en la Royal Institution en Londres, en gran parte debido a la estima que su trabajo había ganado de Michael Faraday, el líder de investigaciones magnéticas en la Royal Institution. Aproximadamente una década después, Tyndall fue designado sucesor de los cargos ocupados por Michael Faraday en la Royal Institution tras su jubilación.
Alpinismo y glaciología alpina
Tyndall visitó las montañas de los Alpes en 1856 por razones científicas y terminó siendo un pionero de la escalada de montaña. Visitó los Alpes casi todos los veranos a partir de 1856, fue miembro del primer equipo de escalada en alcanzar la cima del Weisshorn en 1861, y líder de uno de los equipos tempranos en alcanzar la cima del Matterhorn en 1868. Es uno de los nombres asociados con la "Golden age of alpinism" — los años de mediados de la era victoriana cuando los picos alpinos más difíciles fueron alcanzados por primera vez.
En los Alpes, Tyndall estudió glaciares, y especialmente el movimiento glacial. Su explicación del flujo glacial lo llevó a una disputa con otros, particularmente James David Forbes. La mayoría del trabajo científico temprano sobre movimiento glacial había sido realizado por Forbes, pero Forbes en ese momento no conocía el fenómeno de la regelación que fue descubierto un poco después por Michael Faraday. La regelación jugó un papel clave en la explicación de Tyndall. Forbes no vio la regelación de la misma manera en absoluto. Complicando su debate, surgió públicamente un desacuerdo sobre quién merecía obtener crédito de investigador por qué. Amigos articulados de Forbes, así como el propio Forbes, pensaban que Forbes debería obtener el crédito por la mayoría de la buena ciencia, mientras que Tyndall pensaba que el crédito debería distribuirse más ampliamente. Tyndall comentó: "La idea del movimiento semifluido pertenece enteramente a Louis Rendu; la prueba del flujo central más rápido pertenece en parte a Rendu, pero casi enteramente a Louis Agassiz y Forbes; la prueba de la retardación de la cama pertenece a Forbes solo; mientras que el descubrimiento del locus del punto de movimiento máximo pertenece, supongo, a mí." Cuando Forbes y Tyndall estaban en la tumba, su desacuerdo fue continuado por sus respectivos biógrafos oficiales. Todos intentaron ser razonables, pero no se logró un acuerdo. Más decepcionantemente, aspectos del movimiento glacial permanecieron sin entender o sin probar.
Tyndall Glacier ubicado en Chile y Tyndall Glacier en Colorado fueron nombrados en honor a John Tyndall, así como Mount Tyndall en California y Mount Tyndall en Tasmania.
Trabajo científico principal
El trabajo sobre glaciares alertó a Tyndall sobre la investigación de de Saussure sobre el efecto calentador de la luz solar, y el concepto de Fourier, desarrollado por Pouillet y William Hopkins; que el calor del sol penetra la atmósfera más fácilmente que el calor "oscuro" infrarrojo "radiación terrestre" de la Tierra calentada, causando lo que ahora llamamos efecto invernadero. En la primavera de 1859 Tyndall comenzó investigaciones sobre cómo la radiación térmica, tanto visible como oscura, afecta diferentes gases y aerosoles. Desarrolló espectroscopia de absorción diferencial utilizando el termopila electromágnetico diseñado por Melloni. Tyndall comenzó experimentos intensivos el 9 de mayo de 1859, al principio sin resultados significativos, luego mejoró la sensibilidad del aparato y el 18 de mayo escribió en su diario "¡Experimenté todo el día; ¡el tema está completamente en mis manos!" El 26 de mayo entregó a la Royal Society una nota que describía sus métodos, y afirmó "Con la excepción de la célebre memoria de M. Pouillet sobre Solar Radiation through the atmosphere, nada, que yo sepa, ha sido publicado sobre la transmisión de calor radiante a través de cuerpos gaseosos. No sabemos nada del efecto incluso del aire sobre el calor radiado desde fuentes terrestres."
El 10 de junio demostró la investigación en una conferencia de la Royal Society, señalando que el gas de carbón y el éter absorbieron fuertemente el calor radiante infrarrojo, y su confirmación experimental del concepto del efecto invernadero; que el calor solar cruza una atmósfera, pero "cuando el calor es absorbido por el planeta, cambia de tal manera en calidad que los rayos que emanan del planeta no pueden regresar al espacio con la misma libertad. Por lo tanto, la atmósfera permite la entrada del calor solar; pero detiene su salida, y el resultado es una tendencia a acumular calor en la superficie del planeta."
Los estudios de Tyndall sobre la acción de la energía radiante en los constituyentes del aire lo llevaron a varias líneas de investigación, y sus resultados originales de investigación incluyeron lo siguiente:
- Tyndall explicó el calor en la atmósfera terrestre en términos de las capacidades de los diversos gases en el aire para absorber calor radiante, en forma de radiación infrarroja. Su dispositivo de medición, que utilizaba tecnología de termopila, es un hito temprano en la historia de la espectroscopia de absorción de gases. Fue el primero en medir correctamente los poderes de absorción infrarroja relativos de los gases nitrógeno, oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono, ozono, metano y otros gases traza y vapores. Concluyó que el vapor de agua es el absorbedor más fuerte de calor radiante en la atmósfera y es el gas principal que controla la temperatura del aire. La absorción por los otros gases no es negligible pero relativamente pequeña. Antes de Tyndall, se presumía ampliamente que la atmósfera terrestre calienta la superficie en lo que más tarde se llamó efecto invernadero, pero fue el primero en probarlo. La prueba fue que el vapor de agua absorbió fuertemente la radiación infrarroja. De manera relacionada, Tyndall en 1860 fue el primero en demostrar y cuantificar que los gases visualmente transparentes son emisores infrarrojos.
- Ideó demostraciones que avanzaron la cuestión de cómo el calor radiante es absorbido y emitido a nivel molecular. Parece ser la primera persona en haber demostrado experimentalmente que la emisión de calor en reacciones químicas tiene su origen físico dentro de las moléculas recién creadas en 1864. Produjo demostraciones instructivas que involucraban la conversión incandescente de infrarrojo en luz visible a nivel molecular, a la que llamó calorescence en 1865, en la que usó materiales que son transparentes al infrarrojo y opacos a la luz visible o viceversa. Usualmente se refería al infrarrojo como "calor radiante", y a veces como "undulaciones ultra-rojo", ya que la palabra "infrarrojo" no comenzó a usarse hasta la década de 1880. Sus informes principales de los años 1860 fueron republicados como una colección de 450 páginas en 1872 bajo el título Contributions to Molecular Physics in the Domain of Radiant Heat.
- En las investigaciones sobre calor radiante en el aire había sido necesario usar aire del cual se hubieran eliminado todos los rastros de polvo flotante y otras partículas. Una forma muy sensible de detectar partículas es bañar el aire con luz intensa. La dispersión de luz por impurezas particuladas en aire y otros gases, y en líquidos, se conoce hoy como Tyndall Effect o Tyndall Scattering. Al estudiar esta dispersión durante finales de los años 1860 Tyndall fue un beneficiario de mejoras recientes en luces alimentadas eléctricamente. También tenía el uso de buenos concentradores de luz. Desarrolló el nefelómetro e instrumentos similares que muestran propiedades de aerosoles y coloides a través de haces de luz concentrada contra un fondo oscuro y se basan en explotar el Tyndall Effect. Cuando se combinan con microscopios, el resultado es el ultramicroscopio, que fue desarrollado posteriormente por otros.
- Fue el primero en observar e informar el fenómeno de termofóresis en aerosoles. Lo detectó alrededor de objetos calientes mientras investigaba el Tyndall Effect con haces de luz enfocada en una habitación oscura. Ideó una mejor manera de demostrarlo, y luego simplemente lo informó en 1870, sin investigar la física de ello en profundidad.
- En experimentos de calor radiante que requerían mucha experiencia de laboratorio a principios de los años 1860, demostró para una variedad de líquidos fácilmente vaporizables que, molécula por molécula, la forma de vapor y la forma líquida tienen esencialmente el mismo poder para absorber calor radiante. En experimentos modernos usando espectros de banda estrecha, se encuentran algunas pequeñas diferencias que el equipo de Tyndall no fue capaz de detectar; ver por ejemplo espectro de absorción de H2O.
- Consolidó y mejoró los resultados de Desains, Forbes, Knoblauch y otros demostrando que las propiedades principales de la luz visible pueden reproducirse para el calor radiante — a saber reflexión, refracción, difracción, polarización, depolarización, doble refracción, y rotación en un campo magnético.
