HEAVISIDE, Oliver
HEAVISIDE, Oliver

Descripción

Oliver Heaviside, (Londres, 1850 – Torquay, 1925). Fue un autodidacta físico y matemático inglés. Desarrolló el cálculo operacional, hoy conocido como 'transformada de Laplace'. Reformuló las teorías del telégrafo eléctrico de Lord Kelvin y de Wheatstone y del electromagnetismo de Maxwell. Predijo la existencia de una capa ionizada en la atmósfera que permitía que las señales eléctricas se reflejasen hacia la superficie terrestre, conocida como ‘capa Kennelly-Heaviside’.
Biografía

Oliver HEAVISIDE nació el 18 de mayo de 1850 en Camdem Town (Londres). Sus padres fueron Thomas Heaviside y Rachel West, él fue el cuarto hijo del matrimonio. Su tío materno era Sir Charles Wheatstone, inventor, junto a W. F. Cooke, de un sistema de telégrafo. En su familia el dinero escaseaba pues su padre era un artista grabador en madera. Oliver padeció escarlatina, que le ocasionó una sordera casi total, dificultando la relación con otros niños y que contribuyó a que su personalidad fuese huraña e introvertida.

En 1863, su familia recibió una herencia que mejoró su economía. Se mudaron a una casa más amplia en la misma barriada y Heaviside comenzó a asistir a la escuela. En 1865, logró una medalla al mérito estudiantil. En este periodo académico destacó su interés por las ciencias naturales. A los 16 años, abandonó los estudios. A partir de entonces se dedicó a formarse de forma autodidacta. A pesar de su falta de educación formal, los años que Heaviside dedicó al estudio en solitario le permitieron comprender la teoría física y matemática. De forma poco ortodoxa estudió electricidad y telegrafía y se inició en el aprendizaje de idiomas.

En 1868 Oliver Heaviside viajó a Dinamarca, a la sede de la Det Store Nordyske Telegraf Selkskabs (Great Northern Telegraph Company) que lo seleccionó para trabajar como operador de telégrafo en Newcastle-upon-Tyne (Inglaterra), encargándose del funcionamiento del cable submarino instalado entre Newcastle y Dinamarca. Su trabajo le permitió ascender de operador a electricista. En 1870 descubrió un método para comparar fuerzas electromotrices, así como una optimización del puente de Wheatstone, que en 1873 publicaría en la revista English Mechanic con la firma ‘O’. Este trabajo le dio a conocer entre personalidades como Lord Kelvin y James Clerk Maxwell (dicen que incluso Lord Kelvin encontró su álgebra complicada). Heaviside rechazaba las demostraciones de la matemática académica; se dedicaba a la matemática aplicada, y desarrollaba las herramientas formales necesarias conforme lo requería su investigación. Desarrolló el cálculo operacional —hoy conocido como «transformada de Laplace»— para resolver ecuaciones diferenciales lineales, uno de los grandes avances matemáticos del siglo XIX.  Su método generó gran controversia en los círculos matemáticos por falta de rigor. A lo que él respondía: «¿Debo entender la digestión para poder disfrutar de una buena cena?».

También en 1873, junto a su hermano Arthur W. Heaviside, técnico de la British Post Office, realizaron diversos experimentos sobre telegrafía dúplex con aparatos Wheatstone de agujas. Consiguieron que su sistema entre Newcastle y Sunderland, ubicados a 15 kilómetros de distancia aproximadamente, funcionara con éxito.

Fue precisamente en 1873, cuando cayó en sus manos el Tratado sobre electricidad y magnetismo de Maxwell, Heaviside se percató de sus importantes implicaciones, pero carecía todavía del conocimiento necesario para entender los desarrollos formales. Su sordera se estaba acrecentando, y Heaviside decidió dejar su trabajo y trasladarse a casa de sus padres (Oliver Heaviside nunca llegó a casarse) para dedicarse únicamente a la investigación, publicando sus trabajos en las más prestigiosas revistas científicas de la época, aunque con poco reconocimiento. De hecho, sólo mantenía contacto social por correspondencia con otros científicos, especialmente George Francis FitzGerald. Sobrevivía con el dinero que recibía por sus escritos, el apoyo de unos pocos amigos y una pensión del Estado (Civil List) que le concedieron en 1896. Algunas de sus contribuciones tenían importantes aplicaciones prácticas, pero no intentó obtener beneficios económicos o patentes.

Entre 1874 y 1889, reformuló la teoría del telégrafo eléctrico de Lord Kelvin teniendo en cuenta dos nuevos factores: las pérdidas de la línea y la autoinducción. Y finalmente desarrolló la «ecuación del telegrafista», tan importante en este campo. Durante este periodo, además, acuñó, entre otros, el término de impedancia que permitía la generalización de la Ley de Ohm para corriente alterna, añadiendo una parte imaginaria a la resistencia, que denominó reactancia. De esta manera, en la impedancia se aunaban todos los efectos presentes en una línea de transmisión: resistencia, capacitancia e inductancia.

En 1880 estudió el efecto pelicular de trasmisión de una señal a lo largo de un conductor y en 1882 impulsó la introducción del sistema internacional de unidades.

A partir de 1882, Heaviside se dedicó a reformular toda la teoría electromagnéticade Maxwell para hacerla más accesible. Para este trabajo, elaboró el análisis vectorial que más tarde se convertiría en el lenguaje para toda la física, logrando sintetizar las originales 20 ecuaciones de 20 variables (que probablemente ningún físico de hoy reconocería) en las hoy famosas 4 ecuaciones de Maxwell (a este resultado también llegó Hertz por su cuenta, aunque él siempre concedió el mérito a Heaviside). El resultado final fue plasmado en el libro Teoría Electromagnética (1893, 1899 y 1912), que se convirtió en la única manera de entender las difíciles ideas de Maxwell.

En 1885, Lord Kelvin había redactado una teoría afirmando que el retardo de las señales era debido a la combinación de la resistencia y la capacitancia del cable, lo que limitaba la velocidad de transmisión. Heaviside aplicó la teoría de Kelvin a sus experimentos en el cable anglo-danés. Publicó sus trabajos sobre el tema entre 1874 y 1889, reformulando la teoría inicial con la llamada "ecuación de Heaviside”. Precisamente la referencia que hizo Lord Kelvin sobre Heaviside en su discurso presidencial en el Instituto de Ingenieros Eléctricos (Instituteof Electrical Engineers) en 1889 pareció haberle llevado a la prominencia. Transcurrieron nueve años hasta que fue elegido como Miembro Honorífico del Instituto, ya que no había sido capaz de pagar la cuota anual.

En 1887 formuló la idea de que era posible eliminar la distorsión de una línea mediante la adaptación de impedancias. Muchos inventores intentaron conseguir la patente de esta idea, pero la puesta en práctica resultó complicada. Lo lograron las aportaciones de G. A. Campbell y de Michael I. Pupin con la aparición de las "bobinas de carga" en torno a 1900.

Entre 1893 y 1912, Heaviside publicó su vasta obra Electromagnetic Theory en tres volúmenes. Una recopilación de sus trabajos  publicados a lo largo decuarenta años en revistas como The Electrician, PhilosophicalMagazine o Nature, hasta alcanzar másde 3.000 páginas.

Heaviside describió que la carga eléctrica aumenta de forma proporcional a la velocidad de la masa que la posee, observación que quedaría años más tarde incluida en la Teoría einsteniana de la relatividad.

En 1901, Guglielmo Marconi consiguió transmitir  una señal de radiotelegrafía a través del Atlántico. Este notable avance ocasionó gran desconcierto en la comunidad científica, que asumía la propagación en línea recta de las ondas electromagnéticas. El ámbito científico daba por imposible que las señales pudieran adoptar la forma esférica de la Tierra. Surgieron numerosas teorías para explicar el hecho. En 1902 Oliver Heaviside y Arthur E. Kennelly predijeron independientemente el uno del otro la existencia de una capa en la atmósfera, ionizada por la radiación solar y que permitía que las señales se reflejasen en ella volviendo a la superficie terrestre en vez de perderse en el espacio, creando de esta forma una enorme guía-ondas entre la superficie terrestre y dicha capa, lo que permite transmitir mediante reflexiones más allá de la línea del horizonte. Veinte años después, en 1923, Appleton demostró su predicción, denominándose “Capa Kennelly-Heaviside”, actualmente  conocida como Capa o Región E, situada entre los 96 y 144 km de altitud.

En 1906 sus problemas de salud aceleraron el cansancio de Heaviside, abandonando sus investigaciones. Sus últimos años fueron vividos en soledad y excéntrica reclusión. Falleció el 3 de febrero de 1925 en un hospital de Torquay (Devonshire).

H. Unz en Oliver Heaviside (185O-1925), IEEE Transactions on Education, 6: 30-33, 1963, recomendaba que: 1) se debería recordar que el cálculo vectorial es obra de Gibbs y Heaviside, 2) el vector de Poynting debería llamarse vector de Poynting-Heaviside, 3) las ecuaciones de Maxwell no relativistas para cargas en movimiento deberían llamarse ecuaciones de Maxwell-Heaviside, 4) la ecuación de la línea de transmisión o del telegrafista debería llamarse ecuación de Heaviside, 5) la transformada de Laplace debería llamarse transformada de Laplace-Heaviside, y 6) que el sistema internacional de unidades debería llamarse sistema de unidades de Heaviside.

Entre los reconocimientos otorgados en vida a Oliver Heaviside destacamos los siguientes: Fellow de la Royal Society en 1891; miembro honorario de la American Academy of Arts and Sciences en 1899; Doctor Honoris Causa por la universidad de Göttingen (Alemania) en 1905; miembro honorario de la Institution of Electrical Engineers en 1908; miembro honorario del American Institute of Electrical Engineers en 1918; y primer galardonado con la medalla Faraday de la Institution of Electrical Engineers en 1921.
 

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