El siglo XIX en la ciencia vio el nacimiento de la ciencia como profesión; el término científico fue acuñado en 1833 por William Whewell , [1] que pronto reemplazó al antiguo término de filósofo (natural).
Entre las ideas más influyentes del siglo XIX se encuentran las de Charles Darwin (junto con las investigaciones independientes de Alfred Russel Wallace ), quien en 1859 publicó el libro El origen de las especies , que introdujo la idea de evolución por selección natural . Otro hito importante en medicina y biología fueron los esfuerzos exitosos para probar la teoría de los gérmenes de la enfermedad . Después de esto, Louis Pasteur hizo la primera vacuna contra la rabia y también hizo muchos descubrimientos en el campo de la química, incluida la asimetría de los cristales . En química, Dmitri Mendeleev, siguiendo la teoría atómica de John Dalton , creó la primera tabla periódica de elementos . En física, los experimentos, teorías y descubrimientos de Michael Faraday , Andre-Marie Ampere , James Clerk Maxwell y sus contemporáneos llevaron a la creación del electromagnetismo como una nueva rama de la ciencia. La termodinámica condujo a la comprensión del calor y se definió la noción de energía.
Otros aspectos destacados incluyen los descubrimientos que revelan la naturaleza de la estructura y la materia atómicas, simultáneamente con la química, y de nuevos tipos de radiación. En astronomía, se descubrió el planeta Neptuno. En matemáticas, la noción de números complejos finalmente maduró y condujo a una teoría analítica posterior; también comenzaron a utilizar números hipercomplejos . Karl Weierstrass y otros llevaron a cabo la aritmetización del análisis para funciones de variables reales y complejas . También vio surgir un nuevo progreso en geometría más allá de las teorías clásicas de Euclides, después de un período de casi dos mil años. La ciencia matemática de la lógica también tuvo avances revolucionarios después de un período de estancamiento igualmente largo. Pero el paso más importante de la ciencia en este momento fueron las ideas formuladas por los creadores de la ciencia eléctrica. Su trabajo cambió el rostro de la física y posibilitó la aparición de nuevas tecnologías como la energía eléctrica, la telegrafía eléctrica, el teléfono y la radio.
Matemáticas
A lo largo del siglo XIX, las matemáticas se volvieron cada vez más abstractas. Carl Friedrich Gauss (1777-1855) personifica esta tendencia. Hizo un trabajo revolucionario sobre funciones de variables complejas , en geometría y sobre la convergencia de series , dejando de lado sus muchas contribuciones a la ciencia. También dio las primeras demostraciones satisfactorias del teorema fundamental del álgebra y de la ley de reciprocidad cuadrática . [2] Su volumen de 1801 Disquisitiones Arithmeticae sentó las bases de la teoría de números moderna. [3]
Este siglo vio el desarrollo de las dos formas de geometría no euclidiana , donde el postulado paralelo de la geometría euclidiana ya no se sostiene. El matemático ruso Nikolai Ivanovich Lobachevsky y su rival, el matemático húngaro János Bolyai , definieron y estudiaron independientemente la geometría hiperbólica , donde la unicidad de los paralelos ya no es válida. [4] En esta geometría, la suma de los ángulos en un triángulo suman menos de 180 °. La geometría elíptica fue desarrollada más tarde en el siglo XIX por el matemático alemán Bernhard Riemann ; aquí no se puede encontrar ningún paralelo y los ángulos de un triángulo suman más de 180 °. [5] Riemann también desarrolló la geometría riemanniana , que unifica y generaliza enormemente los tres tipos de geometría. [6]
El siglo XIX vio el comienzo de una gran cantidad de álgebra abstracta . Hermann Grassmann en Alemania dio una primera versión de espacios vectoriales , [7] William Rowan Hamilton en Irlanda desarrolló álgebra no conmutativa . [8] El matemático británico George Boole ideó un álgebra que pronto evolucionó a lo que ahora se llama álgebra booleana , en la que los únicos números eran 0 y 1. El álgebra booleana es el punto de partida de la lógica matemática y tiene importantes aplicaciones en informática . [9]
Augustin-Louis Cauchy , Bernhard Riemann y Karl Weierstrass reformularon el cálculo de una manera más rigurosa. [10]
Además, por primera vez, se exploraron los límites de las matemáticas. Niels Henrik Abel , noruego, y Évariste Galois , francés, demostraron que no existe un método algebraico general para resolver ecuaciones polinómicas de grado mayor que cuatro ( teorema de Abel-Ruffini ). [11] Otros matemáticos del siglo XIX utilizaron esto en sus demostraciones de que la regla y el compás por sí solos no son suficientes para trisecar un ángulo arbitrario , para construir el lado de un cubo dos veces el volumen de un cubo dado, ni para construir un cuadrado de área igual. a un círculo dado. Los matemáticos habían intentado en vano resolver todos estos problemas desde la época de los antiguos griegos. Por otro lado, la limitación de las tres dimensiones en geometría se superó en el siglo XIX a través de consideraciones de espacio de parámetros y números hipercomplejos .
A finales del siglo XIX, Georg Cantor estableció los primeros fundamentos de la teoría de conjuntos , lo que permitió el tratamiento riguroso de la noción de infinito y se ha convertido en el lenguaje común de casi todas las matemáticas. [12] La teoría de conjuntos de Cantor y el surgimiento de la lógica matemática en manos de Peano , LEJ Brouwer , David Hilbert , Bertrand Russell y AN Whitehead , iniciaron un debate de larga duración sobre los fundamentos de las matemáticas .
El siglo XIX vio la fundación de varias sociedades matemáticas nacionales: la London Mathematical Society en 1865, [13] la Société Mathématique de France en 1872, [14] la Edinburgh Mathematical Society en 1883, [15] el Circolo Matematico di Palermo en 1884, [16] y la American Mathematical Society en 1888. [17] La primera sociedad internacional de intereses especiales, la Quaternion Society , se formó en 1899, en el contexto de una controversia de vectores . [18]
Física
En 1800, Alessandro Volta inventó la batería eléctrica (conocida como pila voltaica ) y así mejoró la forma en que también se podían estudiar las corrientes eléctricas. [19] Un año después, Thomas Young demostró la naturaleza ondulatoria de la luz, que recibió un fuerte apoyo experimental del trabajo de Augustin-Jean Fresnel, y el principio de interferencia. [20] En 1813, Peter Ewart apoyó la idea de la conservación de la energía en su artículo Sobre la medida de la fuerza en movimiento . [21] En 1820, Hans Christian Ørsted descubrió que un conductor portador de corriente da lugar a una fuerza magnética que lo rodea, y una semana después de que el descubrimiento de Ørsted llegara a Francia, André-Marie Ampère descubrió que dos corrientes eléctricas paralelas ejercerían fuerzas en cada una otro. [22] En 1821, William Hamilton comenzó su análisis de la función característica de Hamilton. [23] En 1821, Michael Faraday construyó un motor eléctrico, [24] mientras que Georg Ohm declaró su ley de resistencia eléctrica en 1826, expresando la relación entre voltaje, corriente y resistencia en un circuito eléctrico. [25] Un año más tarde, el botánico Robert Brown descubrió el movimiento browniano : los granos de polen en el agua se mueven como resultado de su bombardeo por los átomos o moléculas que se mueven rápidamente en el líquido. [26] En 1829, Gaspard Coriolis introdujo los términos de trabajo (fuerza por distancia) y energía cinética con los significados que tienen hoy. [27]
En 1831, Faraday (e independientemente Joseph Henry ) descubrieron el efecto inverso, la producción de un potencial eléctrico o corriente a través del magnetismo, conocido como inducción electromagnética ; estos dos descubrimientos son la base del motor eléctrico y del generador eléctrico, respectivamente. [28] En 1834, Carl Jacobi descubrió sus elipsoides autogravitantes de rotación uniforme (el elipsoide de Jacobi ). [29] En 1834, John Russell observó una ola de agua solitaria que no decaía ( solitón ) en el Union Canal cerca de Edimburgo y usó un tanque de agua para estudiar la dependencia de las velocidades de las olas solitarias en la amplitud y profundidad del agua. [30] En 1835, William Hamilton declaró las ecuaciones canónicas de movimiento de Hamilton . [31] En el mismo año, Gaspard Coriolis examinó teóricamente la eficiencia mecánica de las ruedas hidráulicas y dedujo el efecto Coriolis . [27] En 1841, Julius Robert von Mayer , un científico aficionado, escribió un artículo sobre la conservación de la energía, pero su falta de formación académica llevó a su rechazo. [32] En 1842, Christian Doppler propuso el efecto Doppler . [33] En 1847, Hermann von Helmholtz declaró formalmente la ley de conservación de la energía. [34] En 1851, Léon Foucault mostró la rotación de la Tierra con un péndulo enorme ( péndulo de Foucault ). [35]
Hubo avances importantes en la mecánica del continuo en la primera mitad del siglo, a saber, la formulación de leyes de elasticidad para sólidos y el descubrimiento de las ecuaciones de Navier-Stokes para fluidos.
Leyes de la termodinámica
En el siglo XIX, la conexión entre el calor y la energía mecánica fue establecida cuantitativamente por Julius Robert von Mayer y James Prescott Joule , quienes midieron el equivalente mecánico del calor en la década de 1840. [36] En 1849, Joule publicó los resultados de su serie de experimentos (incluido el experimento de la rueda de paletas) que muestran que el calor es una forma de energía, un hecho que fue aceptado en la década de 1850. La relación entre calor y energía fue importante para el desarrollo de las máquinas de vapor, y en 1824 se publicó el trabajo experimental y teórico de Sadi Carnot . [37] Carnot capturó algunas de las ideas de la termodinámica en su discusión sobre la eficiencia de un motor idealizado. El trabajo de Sadi Carnot proporcionó una base para la formulación de la primera ley de la termodinámica —una reformulación de la ley de conservación de la energía— que fue enunciada alrededor de 1850 por William Thomson , más tarde conocido como Lord Kelvin, y Rudolf Clausius . Lord Kelvin, que había extendido el concepto de cero absoluto de los gases a todas las sustancias en 1848, se basó en la teoría de la ingeniería de Lazare Carnot , Sadi Carnot y Émile Clapeyron , así como en la experimentación de James Prescott Joule sobre la intercambiabilidad de la mecánica, Formas de trabajo químicas, térmicas y eléctricas: para formular la primera ley. [38]
Kelvin y Clausius también establecieron la segunda ley de la termodinámica , que se formuló originalmente en términos del hecho de que el calor no fluye espontáneamente de un cuerpo más frío a uno más caliente. Rápidamente siguieron otras formulaciones (por ejemplo, la segunda ley se expuso en el influyente trabajo de Thomson y Peter Guthrie Tait , Tratado de filosofía natural ) y Kelvin, en particular, comprendió algunas de las implicaciones generales de la ley. [39] La segunda ley era la idea de que los gases consisten en moléculas en movimiento que había sido discutida con cierto detalle por Daniel Bernoulli en 1738, pero había caído en desgracia y fue revivida por Clausius en 1857. En 1850, Hippolyte Fizeau y Léon Foucault midió la velocidad de la luz en el agua y descubrió que es más lenta que en el aire, en apoyo del modelo ondulatorio de la luz. [40] En 1852, Joule y Thomson demostraron que un gas en rápida expansión se enfría, más tarde llamado efecto Joule-Thomson o efecto Joule-Kelvin. [41] Hermann von Helmholtz propone la idea de la muerte térmica del universo en 1854, [42] el mismo año en que Clausius estableció la importancia de dQ / T ( teorema de Clausius ) (aunque todavía no mencionó la cantidad). [43]
James Clerk Maxwell
En 1859, James Clerk Maxwell descubrió la ley de distribución de las velocidades moleculares . Maxwell demostró que los campos eléctricos y magnéticos se propagan hacia el exterior desde su fuente a una velocidad igual a la de la luz y que la luz es uno de varios tipos de radiación electromagnética, que difiere solo en frecuencia y longitud de onda de los demás. En 1859, Maxwell elaboró las matemáticas de la distribución de velocidades de las moléculas de un gas. [44] La teoría ondulatoria de la luz fue ampliamente aceptada en la época del trabajo de Maxwell sobre el campo electromagnético, y posteriormente el estudio de la luz y el de la electricidad y el magnetismo estuvieron estrechamente relacionados. En 1864, James Maxwell publicó sus artículos sobre una teoría dinámica del campo electromagnético y afirmó que la luz es un fenómeno electromagnético en la publicación de 1873 del Tratado de Maxwell sobre electricidad y magnetismo . Este trabajo se basó en el trabajo teórico de teóricos alemanes como Carl Friedrich Gauss y Wilhelm Weber . La encapsulación del calor en el movimiento de partículas y la adición de fuerzas electromagnéticas a la dinámica newtoniana establecieron una base teórica enormemente sólida para las observaciones físicas. [45]
La predicción de que la luz representaba una transmisión de energía en forma de onda a través de un " éter luminífero ", y la aparente confirmación de esa predicción con la detección de radiación electromagnética del estudiante de Helmholtz Heinrich Hertz en 1888 , fue un gran triunfo para la teoría física y planteó la posibilidad que pronto podrían desarrollarse teorías aún más fundamentales basadas en el campo. La confirmación experimental de la teoría de Maxwell fue proporcionada por Hertz, quien generó y detectó ondas eléctricas en 1886 y verificó sus propiedades, presagiando al mismo tiempo su aplicación en radio, televisión y otros dispositivos. [46] En 1887, Heinrich Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico . [47] La investigación sobre las ondas electromagnéticas comenzó poco después, y muchos científicos e inventores realizaron experimentos sobre sus propiedades. A mediados y finales de la década de 1890, Guglielmo Marconi desarrolló un sistema de telegrafía inalámbrica basado en ondas de radio [48] (ver invención de la radio ).
La teoría atómica de la materia había sido propuesta nuevamente a principios del siglo XIX por el químico John Dalton y se convirtió en una de las hipótesis de la teoría cinético-molecular de los gases desarrollada por Clausius y James Clerk Maxwell para explicar las leyes de la termodinámica. [49] La teoría cinética a su vez condujo a la mecánica estadística de Ludwig Boltzmann (1844-1906) y Josiah Willard Gibbs (1839-1903), que sostenían que la energía (incluido el calor) era una medida de la velocidad de las partículas. Al interrelacionar la probabilidad estadística de ciertos estados de organización de estas partículas con la energía de esos estados, Clausius reinterpretó la disipación de energía como la tendencia estadística de las configuraciones moleculares a pasar hacia estados cada vez más probables y cada vez más desorganizados (acuñando el término " entropía " a describir la desorganización de un estado). [50] Las interpretaciones estadísticas versus absolutas de la segunda ley de la termodinámica establecieron una disputa que duraría varias décadas (produciendo argumentos como " El demonio de Maxwell "), y que no se consideraría definitivamente resuelta hasta que el comportamiento de los átomos se estableció firmemente a principios del siglo XX. [51] En 1902, James Jeans encontró la escala de longitud requerida para que las perturbaciones gravitacionales crezcan en un medio estático casi homogéneo.
Química
En química, Dmitri Mendeleev , siguiendo la teoría atómica de John Dalton , creó la primera tabla periódica de elementos .
Ingeniería y Tecnología
- 1804: Primera locomotora de vapor comienza a funcionar.
- 1825: Se abre el canal Erie que conecta los Grandes Lagos con el Océano Atlántico.
- 1825: Primer aislamiento de aluminio.
- 1825: Se abre el ferrocarril Stockton and Darlington , el primer ferrocarril público del mundo.
- 1826: Samuel Morey patenta el motor de combustión interna .
- 1829: Se construye el primer motor eléctrico .
- 1837: Telegrafía patentada.
- 1841: Richard Owen acuña la palabra " dinosaurio ".
- 1844: Primera línea telegráfica financiada con fondos públicos en el mundo, entre Baltimore y Washington, envía un mensaje de demostración el 24 de mayo, marcando el comienzo de la era del telégrafo. Este mensaje decía "¿Qué ha hecho Dios?" (Biblia, Números 23:23)
- 1849: Se inventan el imperdible y la máscara antigás .
- 1855: El proceso Bessemer permite producir acero en serie.
- 1856: Primera refinería de petróleo del mundo en Rumania.
- 1858: Invención del fonautógrafo , el primer verdadero dispositivo para grabar sonido .
- 1863: Se abre la primera sección del metro de Londres .
- 1866: El cable telegráfico transatlántico exitoso sigue a un intento anterior en 1858.
- 1867: Alfred Nobel inventa la dinamita .
- 1869: Primer Ferrocarril Transcontinental completado en Estados Unidos el 10 de mayo.
- 1870: La invención de Rasmus Malling-Hansen , la Hansen Writing Ball, se convierte en la primera máquina de escribir comercialmente vendida .
- 1873: Se inventan los tejanos y el alambre de púas .
- 1877: Thomas Edison inventa el fonógrafo
- 1878: Primera central telefónica comercial en New Haven, Connecticut .
- 1879: Thomas Edison prueba su primera bombilla .
- 1881: Primera planta de energía eléctrica y red en Godalming , Gran Bretaña.
- 1884: Sir Hiram Maxim inventa la primera ametralladora autoamplificada.
- 1885: Singer comienza la producción del ' Vibrating Shuttle '. que se convertiría en el modelo más popular de máquina de coser .
- 1886: Karl Benz vende el primer automóvil comercial .
- 1888: Galileo Ferraris y Nikola Tesla introducen la idea de un motor de inducción de campo magnético giratorio .
- 1890: Se inventa la caja de cartón .
- 1892: John Froelich desarrolla y construye el primer tractor de gasolina / gasolina .
- 1894: Karl Elsener inventa la navaja suiza .
- 1894: primer disco de gramófono .
- 1895: Wilhelm Röntgen identifica las radiografías .
- 1896: Guglielmo Marconi solicita la patente del primer sistema de comunicación de base de ondas de radio.
Biologia y medicina
En 1859, Charles Darwin publicó el libro El origen de las especies , que introdujo la idea de evolución por selección natural .
Medicamento
- 1804: Morfina aislada por primera vez.
- 1842: Se utiliza la anestesia por primera vez.
- 1855: La cocaína es aislado por Friedrich Gaedcke .
- 1885: Louis Pasteur crea la primera vacuna exitosa contra la rabia para un niño que había sido mordido 14 veces por un perro rabioso.
- 1889: Se patenta la aspirina .
Ciencias Sociales
Personas
Carl Friedrich Gauss
Charles Darwin
Dmitri Mendeleev
Louis Pasteur , 1878
Marie Curie , c. 1898
La lista de científicos importantes del siglo XIX incluye:
- Amedeo Avogadro , físico
- Johann Jakob Balmer , matemático, físico
- Henri Becquerel , físico
- Alexander Graham Bell , inventor
- Ludwig Boltzmann , físico
- János Bolyai , matemático
- Louis Braille , inventor del braille
- Robert Bunsen , químico
- Marie Curie , física, química
- Pierre Curie , físico
- Gottlieb Daimler , ingeniero, diseñador industrial e industrial
- Charles Darwin , biólogo
- Christian Doppler , físico, matemático
- Thomas Edison , inventor
- Michael Faraday , científico
- Léon Foucault , físico
- Gottlob Frege , matemático, lógico y filósofo
- Sigmund Freud , el padre del psicoanálisis
- Carl Friedrich Gauss , matemático, físico, astrónomo
- Francis Galton , erudito victoriano inglés
- Josiah Willard Gibbs , físico
- Ernst Haeckel , biólogo
- William Rowan Hamilton , físico y matemático
- Oliver Heaviside , ingeniero eléctrico, matemático físico
- Heinrich Hertz , físico
- Alexander von Humboldt , naturalista, explorador
- Robert Koch , médico, bacteriólogo
- Justus von Liebig , químico
- Nikolai Lobachevsky , matemático
- James Clerk Maxwell , físico
- Wilhelm Maybach , diseñador e industrial de motores de automóviles y automóviles
- Ilya Mechnikov , biólogo
- Gregor Mendel , biólogo
- Dmitri Mendeleev , químico
- Samuel Morey , inventor
- Alfred Nobel , químico, ingeniero, inventor
- Louis Pasteur , microbiólogo y químico
- Ivan Pavlov , fisiólogo
- Santiago Ramón y Cajal , biólogo
- Franz Reuleaux ingeniero mecánico
- Bernhard Riemann , matemático
- William Emerson Ritter , biólogo
- Vladimir Shukhov , inventor
- William Thomson , Lord Kelvin, físico
- Thomas Young , erudito inglés .
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