XVI. HEAVISIDE. UN POCO DE EXCENTRICISMO. LA LUCHA DE "LA TEOR�A VS. LA PR�CTICA"

OLIVER HEAVISIDE (1850-1925) naci� en Londres, Inglaterra, y adquiri� en su temprana juventud gran experiencia pr�ctica como operador de tel�grafo; sin embargo, nunca recibi� una educaci�n formal. A pesar de ello, despu�s de abandonar la escuela a la edad de 16 a�os emprendi� una labor de autoeducaci�n en ciencia y matem�ticas, con la cual adquiri� puntos de vista muy personales sobre c�mo se deb�a proceder en el campo de las matem�ticas. En 1872 y 1873 public� dos trabajos sobre electricidad; en el segundo de ellos analiz� un circuito el�ctrico muy importante, el llamado puente de Wheatstone (por cierto, pariente suyo), que mereci� ser citado por Maxwell en la segunda edici�n de su famoso libro Tratado de electricidad y magnetismo.

En 1874 Heaviside conoci� esta obra de Maxwell, y lo impresion� de tal forma que decidi� renunciar a su trabajo y dedicarse completamente a su estudio. Esto fue algo notable para un joven de 24 a�os sin medios para vivir; se retir� y nunca m�s busc� trabajo, su familia lo sostuvo. Heaviside se dio cuenta de que a pesar de las pesadas matem�ticas con que Maxwell present� su teor�a, hab�a una notable simplicidad f�sica en los fen�menos electromagn�ticos expuestos. Aun antes del espectacular experimento de Hertz, que demostr� la existencia real de las ondas electromagn�ticas predichas por Maxwell, Heaviside nunca dud� de su existencia, ya que estaba convencido de que la teor�a electromagn�tica era "obviamente verdadera", ya que su tratamiento matem�tico era s�lido. Consideraba a Maxwell un "genio nato". En 1918 Heaviside escribi� sobre sus impresiones iniciales del Tratado de Maxwell: "Percib� que era grandioso, muy grandioso, extraordinariamente grandioso, con posibilidades prodigiosas en su poder. Decid� dominar el libro y empec� a trabajar [...] Me llev� varios a�os entender todo lo que pude haber entendido. Entonces dej� a Maxwell a un lado y segu� mi propio camino. Y progres� mucho m�s r�pidamente."

En primer lugar, con el concepto de vector y las formas de manejarlo, Heaviside simplific� enormemente las ecuaciones de Maxwell. En Estados Unidos, John Willard Gibbs tambi�n emple� el concepto de vector, sin saber del trabajo de Heaviside. Las matem�ticas que desarroll� �ste se llaman hoy en d�a c�lculo operacional. Por cierto, un dato curioso es que su trabajo sobre este tema no fue aceptado para su publicaci�n en la revista de la Royal Institution por su "falta de rigor matem�tico". Heaviside replic�: "Bien, �y qu�? �Dejar� de cenar porque no entiendo con todo detalle el proceso de la digesti�n?"

Heaviside se dio cuenta de que tanto el campo magn�tico como el el�ctrico se pueden describir como vectores y expres� las ecuaciones de Maxwell en t�rminos de estos dos vectores. En su trabajo original present� 20 ecuaciones en 20 variables. Con la reformulaci�n de Heaviside, el panorama se ilumin� como por encanto y las ecuaciones de Maxwell adquirieron sencillez, simetr�a y belleza notables. Como se mencion� en el cap�tulo XV, Hertz tambi�n simplific� las ecuaciones de Maxwell, y lo hizo casi al mismo tiempo que Heaviside. Hertz reconoci� en su libro sobre electricidad: "El se�or Heaviside tiene la prioridad."

En los libros de texto se incorporaron los vectores en la teor�a de Maxwell, y es as� como se trabaja con esta teor�a hoy en d�a. En la actualidad, los estudiantes piensan que los vectores son obvios, sin embargo, hemos de mencionar que durante varios a�os hubo una gran disputa cient�fica entre Heaviside y Gibbs por un lado, y el f�sico escoc�s Peter Guthrie Tait por el otro, sobre que concepto utilizar. Tait pele� por el uso de los cuaterniones y hubo agrias discusiones publicadas en la revista inglesa Nature. Al final, los vectores ganaron de manera tan contundente que en los libros de texto se dej� de hacer referencia a sus creadores. Asimismo, se usaron los vectores en otros campos de la f�sica, como la mec�nica. En la actualidad son un instrumento matem�tico cotidiano en el desarrollo de la f�sica, la ingenier�a, la qu�mica y las matem�ticas.

Heaviside entr� en otra fuerte disputa con el m�s formidable de sus enemigos, William H. Preece, quien era el experto t�cnico de la Oficina Postal Brit�nica. Preece se proclama a sí mismo como "un hombre pr�ctico" sin ning�n respeto para los te�ricos, quienes, seg�n �l, enmascaraban su trabajo en las matem�ticas. Hemos de mencionar que la Oficina Postal manejaba (y lo sigue haciendo) todo el tr�fico telegr�fico y telef�nico en la Gran Breta�a. Preece ten�a ideas fijas sobre c�mo construir un circuito de comunicaci�n a larga distancia. Asimismo, Heaviside ten�a sus ideas sobre el asunto, y eran completamente opuestas a las de Preece. Se suscit� una pol�mica por escrito en la que intercambiaron con mucha frecuencia sarcasmos y se lleg� a extremos de violentos ataques.

Puede parecer curioso que hacia 1880 se generara un violento debate sobre los principios el�ctricos fundamentales, ya que hacia 1870 exist�a tanto en Gran Breta�a como en varios pa�ses una red bastante extensa de l�neas telegr�ficas, y en la d�cada de 1880 se inici� la instalaci�n de los cables telef�nicos. Las telecomunicaciones hab�an adquirido una capacidad impresionante, aun si las consideramos desde la perspectiva de nuestros d�as. Hacia 1850 se inici� la colocaci�n del cable telegr�fico bajo el Oc�ano Atl�ntico, entre Europa y Am�rica, y fue una obra de extraordinarias proporciones. Gran parte de esta infraestructura se desarroll� en forma "pr�ctica", es decir, casi sin sustento te�rico. El �nico an�lisis te�rico fue hecho por el extraordinario f�sico ingl�s William Thomson (posteriormente lord Kelvin), quien estudi� el flujo de electricidad a lo largo de cables de longitud muy grande. En este caso los cables presentan dos efectos: uno capacitivo (se comportan como condensadores) y otro inductivo (se comportan como bobinas). Sin embargo, para poder lograr sus desarrollos Kelvin despreci� los efectos inductivos. Esta restricci�n implica que la frecuencia de las corrientes deber�a ser muy baja. Esta teor�a funcion� muy bien para el caso de la telegraf�a que entonces se usaba, ya que se transmit�an unas cuantas palabras por minuto. El cable interoce�nico que se coloc� ten�a la caracter�stica, justificada en ese entonces, de comportarse en forma capacitiva.

Kelvin estaba consciente de las limitaciones de su teor�a, pero no se preocup� mucho ya que el tipo de transmisi�n s�lo necesitaba bajas frecuencias. El �xito que tuvo Kelvin hizo que su idea se adoptara casi como dogma entre la gente que no conoc�a los fundamentos te�ricos y las suposiciones restrictivas de Kelvin. Sin embargo, al transcurrir el tiempo se presentaron graves problemas cuando surgieron otras necesidades, como la telegraf�a multiplex, en la que un solo cable transporta varios mensajes simult�neamente, o la transmisi�n de mensajes hablados por tel�fono, que implica frecuencias altas. Al transmitir mensajes que conten�an altas frecuencias las se�ales se distorsionaban, y una parte muy importante de la distorsi�n se deb�a a efectos inductivos. Por ejemplo, si se transmite una se�al que contenga frecuencia de muy alto valor por un circuito muy largo, esencialmente capacitivo, la se�al se va degradando y el receptor no capta el mensaje original.

Preece no lleg� a entender estos fen�menos. Para �l la inducci�n magn�tica era mala y opinaba que con un dise�o apropiado de los circuitos se podr�a eliminar. Adem�s, no entend�a por qu� Heaviside quer�a aumentar el alcance del tel�fono, y declar� en una ocasi�n: "[...] tengo un aparato telef�nico en mi oficina, pero m�s que nada como decoraci�n porque no quiero usarlo. Si deseo enviar un mensaje a otra habitaci�n utiliz� un timbre o un mensajero."

En un trabajo que public� Preece en 1887 pretendi� obtener una ecuaci�n para calcular la m�xima distancia que deber�a tener un circuito telef�nico para que un mensaje transmitido no experimentara distorsi�n. Se considera que este trabajo impidi� el desarrollo de las telecomunicaciones inglesas por 20 a�os. La ecuaci�n que obtuvo Preece estaba basada en un resultado de Kelvin, que era solamente v�lido para circuitos sin inducci�n magn�tica, hecho que Preece ignor�. Por supuesto que Kelvin hab�a expuesto claramente esta restricci�n en su resultado. En la pr�ctica, la ecuaci�n de Preece no pod�a dar cuenta de lo que verdaderamente ocurr�a, ya que en los mensajes telef�nicos, que involucran se�ales de altas frecuencias, no se pueden despreciar los efectos de inducci�n magn�tica del circuito.

Heaviside atac� fuertemente el trabajo de Preece en un art�culo que apareci� tres meses despu�s, el 3 de junio de 1887, en la revista The Electrician. En �l Heaviside afirm� que una se�al de alta frecuencia pod�a transmitirse sin distorsi�n si se aumentaba la inducci�n magn�tica a lo largo del cable transmisor. Como adem�s Heaviside tild� a Preece de "cienticulista", la conclusi�n enfureci� doblemente a Preece. Heaviside propuso que se a�adieran bobinas a lo largo del cable, que proveer�a la inducci�n magn�tica necesaria, sin aumentar mucho su resistencia, para as� evitar la distorsi�n.

Heaviside plante� a un hermano suyo, que trabajaba en ese entonces en la Oficina Postal Brit�nica, la posibilidad de construir estas bobinas e incluirlas en sus cableados. Sin embargo, despu�s de enterarse de que Preece ten�a poder de veto en las proposiciones t�cnicas hechas a la Oficina, olvid� el asunto. En 1899, m�s de una d�cada despu�s de la aparici�n del trabajo de Heaviside, en Estados Unidos Michael I. Pupin, profesor de la Universidad de Columbia, Nueva York, "redescubri�" lo que ya hab�a descubierto Heaviside y patent� la idea. (Ir�nicamente, Pupin se bas� en la formulaci�n vectorial que hab�a hecho Heaviside de las ecuaciones de Maxwell.) Casi inmediatamente despu�s George A. Campbell, empleado de la American Bell Telephone, tambi�n en Estados Unidos, construy� la primera bobina de inducci�n y la utiliz� en cables de telefon�a, con lo cual consigui� que las se�ales de alta frecuencia no se distorsionaran. Fue as� como se lograron desarrollar las comunicaciones telegr�ficas y telef�nicas de larga distancia en Estados Unidos. La bobina de inducci�n hizo posible que, por ejemplo, en 1913 se comunicaran telef�nicamente por medio de cables subterr�neos las ciudades de Boston y Washington, v�a Nueva York, a lo largo de una distancia aproximada de 3 500 kil�metros.

Debido a la influencia de Preece, Inglaterra no desarroll� su sistema de telecomunicaciones sino hasta alrededor de 1910. Heaviside no recibi� ni remuneraci�n ni reconocimiento en esta aplicaci�n. Para finalizar la historia hemos de mencionar que los ingleses no tuvieron m�s remedio que utilizar las bobinas mencionadas, pero como la idea estaba patentada en EUA tuvieron que pagar las regal�as correspondientes.

Heaviside fue una de las primeras personas que entendi� la importancia del conocimiento de la teor�a electromagn�tica. La disputa que se dio entre Preece y Heaviside, la "pr�ctica contra la teor�a", nos ilustra lo err�neo y costoso de este tipo de enfrentamientos.

Adem�s, Heaviside tuvo muchas dificultades para que sus trabajos fueran aceptados en las revistas m�s prestigiadas de Inglaterra, debido a la forma poco ortodoxa en que resolv�a los problemas. Por lo tanto, en 1892 public� sus trabajos en dos vol�menes, con el t�tulo Teor�a electromagn�tica. En esta obra trat� gran n�mero de problemas de aplicaci�n pr�ctica, como la telegraf�a multiplex, la inducci�n electromagn�tica entre cables paralelos, la resistencia e inducci�n a alta frecuencia de cables coaxiales, etc�tera.

Para finalizar mencionaremos que en 1891 Heaviside fue nombrado miembro de la Royal Institution, y en 1896, a instancia de varios prominentes cient�ficos brit�nicos, recibi� un estipendio estatal. En 1908 se mud� a Torquay, en la costa sur de Inglaterra, donde trabaj� en diferentes problemas, como el de la edad de la Tierra, la ion�sfera como medio para las telecomunicaciones, etc. All� vivi� aisladamente y de manera muy extravagante. En febrero de 1925 muri� en esa localidad.