Por Alfonso Padilla Vivanco
El físico e ingeniero estadunidense Josiah Willard Gibbs (1839-1903) obtuvo el primer doctorado en Ingeniería, grado académico que jamás se había otorgado en Estados Unidos hasta antes que él. Era el año 1863, y corrían los tiempos de la Guerra Civil americana. A finales de la década de los sesentas del mismo siglo, Gibbs pasó tres años asistiendo a conferencias de física en las grandes universidades Europeas. Estas lo inspiraron tanto, que a su regreso a su país, ocupó la primera cátedra de física matemática en la Universidad de Yale. Esto le permitió continuar una extraordinaria carrera como físico teórico. Los avances iniciales de ciencias, ahora conocidas como termodinámica y mecánica estadística, se deben en gran parte a los trabajos de Gibbs. Por cierto que Gibbs acuñó el término de mecánica estadística. Esta ciencia estudia el comportamiento aleatorio de partículas individuales que, en su conjunto, puede explicar los fenómenos que experimentamos asociados con el calor y la energía. Gibbs publicó su trabajo en la revista científica: Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences. Más tarde, a inicios del siglo XX, la mecánica estadística resultaría ser de importancia toral para establecer los fundamentos teóricos de la mecánica cuántica.
En la época que le tocó vivir a Gibbs que en su país tanto la física como otras ciencias exactas prácticamente no tenían importancia. Pero astutamente, Gibbs envió copias de sus artículos a los más grandes físicos de Europa, quienes si vieron su importancia. Por ejemplo, el físico británico James Clerk Maxwell citó los hallazgos de Willard en su propio libro sobre estos temas. Gibbs logró algo muy interesante, aplicó sus teorías sobre termodinámica y mecánica estadística, a sistemas del mundo real y descubrió que podían explicar el fenómeno de los cambios de fase del agua. Explicó cómo cambia de fase sólida a líquida y de líquida a vapor de agua, además de explicar una amplia variedad de procesos químicos.
Gibbs también se interesó en la ciencia de la luz, la óptica; y estudió las formas en las cuales la luz se refracta y se polariza al pasar por cortinas de agua, como en el caso de la dispersión luminosa que provoca la formación del arcoíris. Usando conceptos surgidos por las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo, analizó los fenómenos de birrefringencia, dispersión y actividad óptica, en materiales transparentes. La actividad óptica es el principio básico del funcionamiento de los polarímetros. Estos instrumentos son ampliamente utilizados en la industria química y farmacéutica para control de calidad de de sustancias diversas.
Así mismo, Willard Gibbs se interesó y aplicó el cálculo vectorial a las órbitas de planetas y cometas. Gibbs fue inspirado por la teoría de cuaterniones de Hamilton, y por ello es uno de los desarrolladores del análisis vectorial. Esta teoría matemática es una área muy usada hoy día por los ingenieros de diversas especialidades. Sobretodo, para el estudió de estructuras en ingeniería civil.
Una relevante aportación de Josiah Willard fue al estudio de los principios termodinámicos del efecto osmótico. La ósmosis es el paso espontáneo de agua y otros líquidos por membranas semipermeables, éstas bloquean el paso de sustancias disueltas en los líquidos. Este fenómeno se observa en organismos biológicos, sin duda este proceso fisicoquímico continúa siendo estudiado. La relevancia de investigar el fenómeno osmótico se centra en las aplicaciones a campos tan diversos como la fisiología, la termodinámica y la industria. Aunque, sin duda alguna la aportación científica más divulgada de Josiah Willard, es el concepto de energía libre de Gibbs. Este concepto: ΔG = ΔH − TΔS, relaciona el cambio de energía de un sistema ΔG, igual a la diferencia del cambio de entalpía ΔH menos el producto de la temperatura, T, por el cambio de entropía ΔS.
Al conocer las aportaciones de Gibbs a la ciencia, Einstein quedó admirado y le llamó la mente más brillante de la historia de Estados Unidos. Por cierto que el complejo concepto de entropía, que algunos han llamado una medida del desorden, fue estudiado por otros científicos como: Sadi Carnot, Rudolf Clausius, William Thompson, entre otros. Para entender la importancia del concepto de entropía, apreciable lector te recomiendo ver el siguiente video:
Universidad Politécnica de Tulancingo. alfonso.padilla@upt.edu.mx
