Heinrich Hertz, un hombre que en soledad y sin que existiera ninguna aplicación práctica para su proyecto, probó la existencia de las ondas electromagnéticas

Heinrich Hertz. Vivió solo 36 años, pero diseñó un experimento futurista que marcó a la civilización para siempre
Heinrich Hertz, un hombre que en soledad y sin que existiera ninguna aplicación práctica para su proyecto, probó la existencia de las ondas electromagnéticas
Usamos la palabra Hertz para hablar de las frecuencias de los celulares, Wi-Fi y la radio, e incluso la empleamos en microprocesadores y en sonido; pero su origen es casi desconocido
Ariel Torres
Durante los años de la revolución digital –es decir, cuando las computadoras económicas ocuparon el lugar de las máquinas de escribir y los libros de contabilidad en la oficina–, una palabra extraña, que provenía del mundo de la radio, se empezó a repetir enigmáticamente. ¿Qué tenían que ver las radios con todo este asunto?
Esa palabra era Hertz.
Se la usó luego también en la telefonía inalámbrica, en los celulares e incluso en las redes Wi-Fi. Y un poco porque ya teníamos suficientes términos extravagantes y otro poco porque todo esto nuevo era cosa de nerds y hackers, el apellido de uno de los más grandes científicos de la modernidad se convirtió en sinónimo de velocidad o algo así. Pero él mismo, Rudolf Heinrich Hertz, quedó por completo desdibujado.
Si estás leyendo esta nota en tu smartphone, es gracias al experimento de Hertz; y si no, casi seguramente también
Esta es la historia de un hombre que en solo 36 años de vida diseñó y condujo un experimento tan revolucionario que todavía hoy nos servimos de él. ¿Cuándo? Toda vez que hablamos por celular, usamos Internet móvil o nos conectamos a Wi-Fi. Es que, por razones que veremos en un momento, su apellido quedó asociado al concepto de ciclos por segundo, por lo que se usa asimismo para expresar la velocidad a la que operan los relojes internos de los cerebros electrónicos. Incluso se usan los Hertz en audio.
Pero vamos por partes, porque ya la frase “ciclos por segundo” suena un poco ajena. Empecemos por Maxwell.
La Luna y las manzanas
John Clerk Maxwell fue un escocés genial que en 1865 consiguió algo que solo otro gigante había logrado antes. Doscientos años atrás, en 1665-1666, Newton había unificado las leyes de la astronomía y la gravedad, algo que se conoce como la Primera Gran Unificación. (En rigor, la teoría de la gravitación universal aparece en 1687, en sus Principia; pero las ideas que llevaron a esa formulación histórica arrancaron durante su aislamiento en Woolsthorpe Manor, en la epidemia de peste bubónica de Londres de 1665-1666. Isaac tenía entonces 24 años.
¿Parece que estamos entrando en un territorio todavía más extraño? Sí, claro, pero a veces es necesario dejar las simplificaciones para encontrar un poco de verdad. Lo obvio es solo obvio, no es necesariamente cierto.
Hasta Newton no existía una teoría que pudiera explicar al mismo tiempo la caída de la proverbial manzana de Woolsthorpe (o cualquier otra manzana, para el caso) y los movimientos de los planetas. Era contraintuitivo e incluso un poquito inmoral pensar que ambos eventos estuvieran gobernados por las mismas leyes. Pero Newton, al establecer la ley de la gravitación universal, pudo explicar precisamente eso. Que la caída de una manzana o la no caída de la Luna sobre la Tierra se expresan mediante un mismo conjunto de ecuaciones. Esto es muy, pero muy groso, y en el gran mapa del conocimiento humano es la meta última de la física: tener una explicación unificada de la realidad.
Sir Isaac Newton
Justo 200 años después, en 1865, Maxwell conseguiría lo que se conoce como Segunda Gran Unificación. Y esta, al revés que con las manzanas y la Luna, es un poco más abstracta. Lo que planteó Maxwell era bastante osado, en un mundo sin electricidad hogareña y con carros de caballos circulando por las calles (faltaban casi 40 años para los primeros automóviles fabricados en serie; Ford, 1903). En la mente de Maxwell (la imaginación es clave en las ciencias, como dijo Einstein en la entrevista que le hizo George Sylvester Viereck), los campos magnéticos y los eléctricos se movían en el espacio bajo la forma de ondas, y lo hacían a la velocidad de la luz. De hecho, Maxwell postuló que la luz y las ondas electromagnéticas eran expresiones del mismo fenómeno. Fuerte.
Sus ecuaciones definieron lo que conocemos como electromagnetismo, unificaron dos fenómenos que hasta entonces parecían independientes (y muchos todavía hoy se sorprenden de que sean la misma cosa) y fueron el puntapié inicial de la electrónica, la radio, la tele, los satélites, y así.
Pero en ciencias no alcanza con usar palabras raras y conceptos más o menos herméticos. Al revés que en las así llamadas pseudociencias, en ciencias las teorías deben demostrarse. ¿Cómo? Experimentalmente. O sea, hay que diseñar y ejecutar un experimento que pruebe esa teoría, y que lo haga de forma sistemática. Es decir, si repetís un millón de veces ese experimento te tiene que dar un millón de veces el mismo resultado. Si no, es sarasa (como las pseudociencias).
Las ecuaciones de Maxwell fueron una revolución, primero por la idea que había detrás (idea, no ideología) y segundo porque era demasiado bueno para ser cierto, si tenía razón. Cerraban por todos lados y venían a cuadrar con los experimentos de Faraday, otro coloso, unos 40 años más joven, con el que se mantuvo en contacto en la década del ‘60 del siglo 19.
La historia es más compleja y larga, y, para cuando Maxwell había desarrollado sus ecuaciones, esto de que las ondas electromagnéticas se propagaran sin un medio (el éter, antiguamente) o algún otro sonaba un poco imposible. El vacío, además, resultaba bastante esquivo en esa época. E incluso con estas limitaciones, la teoría de Maxwell necesitaba una demostración. No alcanzaba con usar palabras como constelación, cuántica o energía. U ondas, para el caso. Se necesitaba un experimento que probara la existencia de las ondas electromagnéticas. Ese experimento lo iba a desarrollar Hertz.
La casta de Hamburgo
Heinrich Rudolf Hertz nació el 22 de febrero de 1857 en Hamburgo. En esa época Hamburgo era un estado soberano dentro de la Confederación alemana, y su familia pertenecía a la Liga Hanseática. Hertz nació, pues, en una elite opulenta y poderosa. La casta, digamos.
Como estudiante demostró no solo destrezas notables con los idiomas (aprendió árabe, por ejemplo, que no es precisamente sencillo para los occidentales), sino también en las ciencias. Cuando llegó a la universidad, prefirió las ciencias y pasó por Dresde, Berlín y Munich. Uno de sus profesores fue Gustav Kirchhoff, que acuñaría el término cuerpo negro, objeto teórico en el que se apalancaría Max Planck para fundar la física cuántica.
Hamburgo con sus canales congelados en el invierno de 2020
El otro de sus profesores fue el enorme Hermann von Helmholtz, cuyas contribuciones aportaron ideas en tantos campos que la lista se llevaría todo este artículo. Pero Helmholtz (el von se lo añaden a partir de 1883, cuando recibe el título nobiliario) es funcional a la historia de Hertz por otro motivo. Como profesor sabía provocar a sus alumnos, y en 1879 hizo dos cosas. Por un lado, le propuso a Hertz que su tesis doctoral intentara probar las teorías de Maxwell. Pavada de desafío, ya van a ver. Y a la vez lanzó el Premio Berlín, de la Academia Prusiana de Ciencias, que invitaba a probar uno de los efectos predichos por las ecuaciones de Maxwell. In pectore, Helmholtz estaba persuadido de que Hertz era su mejor candidato. Pero iban a pasar todavía casi 10 años de constantes frustraciones y senderos que no llevaban a ninguna parte antes de que Heinrich lograra probar, en 1888, que Maxwell tenía razón.
¿Qué onda?
Dos años antes, Hertz se había casado con Elizabeth Doll, con la que tuvo dos hijas, Johanna y Mathilde; Mathilde fue una de las mujeres pioneras de la biología, cuya carrera truncó la llegada del nazismo, a causa del origen judío de los Hertz (que se habían convertido al luteranismo en 1838).
Elizabeth Doll fue una de las personas que narró de primera mano los duros reveses que sufrió su marido durante el diseño de ese experimento que se probaría cardinal; el propio Hertz anotaba cada paso que daba y también cada tropiezo. Asimismo, Elizabeth relató en sus cartas la alegría que sintió Heinrich, cuando por fin pudo probar algo que, lógicamente, tenía todavía un toque de magia. Hoy llegás a un café, preguntás la clave de Wi-Fi, y listo. Para Hertz, las cosas fueron muchísimo más difíciles. ¿Por qué? Porque estaba tratando de atrapar algo que era invisible y además puramente teórico. Todavía era teórico, y él probaría que se trataba de algo real. ¿Qué era eso? Las ondas de radio. Las ondas electromagnéticas.
La torre de telecomunicaciones de 280 metros Heinrich Hertz, en Hamburgo
Pudo incluso comprobar las ondas electromagnéticas (por ejemplo, las de FM, que usan una frecuencia cercana a la que usó Hertz para sus experimentos) y la luz se comportaban de la misma manera, incluso al reflejarse en un espejo.
Finalmente, echando mano de algo que se llama inducción electromagnética, que había descubierto Faraday y que, aunque suena estratosférico, es lo que mueve el cono de un parlante, consiguió emitir y detectar las ondas de Maxwell de forma consistente. Más aún, advirtió que estas ondas rebotaban en reflectores adecuados (planchas metálicas, básicamente) y, al enfrentar el emisor con el “espejo” creó una onda continua, con sus nodos y sus antinodos, con lo que no solo pudo medir la frecuencia de esas ondas, sino también calcular la velocidad a la que estaban viajando (uno de los pocos datos concretos que tenía era la distancia a la que se encontraban el emisor y la antena, que era un simple dipolo circular). Esa velocidad le dio 320.000 kilómetros por segundo, que es un poco más que la de la luz; la diferencia se debió a que el equipamiento y las mediciones eran aún muy rudimentarias. Pero, de nuevo, Maxwell tenía razón. La luz y las ondas de radio eran expresiones de un mismo fenómeno, que se conoce hoy como radiación electromagnética.
Con este experimento Hertz selló un capítulo clave de la modernidad, porque al bendecir las ecuaciones de Maxwell con una demostración experimental (que le ganó fama internacional de manera instantánea) abrió las puertas a una serie de nuevos hallazgos que derivarían, incluso, en la teoría de la relatividad. Sobre todo, y porque el tema del vacío todavía era un obstáculo teórico, catapultó todo lo relacionado con la radio. A propósito, Hertz fue de los primeros en advertir que existía el efecto fotoeléctrico, porque la luz ultravioleta afectaba su experimento. El efecto fotoeléctrico, que usa tu celular para sacar fotos, les hizo ganar el Premio Nobel a Einstein y Planck.
Heinrich HertzHulton Archive - Hulton Archive
Helmholtz contestó inmediatamente al artículo que Hertz le envió el 5 de noviembre de 1887 (titulado Sobre los efectos electromagnéticos producidos por perturbaciones eléctricas en aislantes) con una postal que decía “¡Bravo! Publicaremos tu artículo el jueves”. Le siguieron otros trabajos fundamentales en este campo, tomó el cargo de profesor de física y director del Instituto de Física de Bonn, y todo estaba más que bien en la vida de Heinrich y Elizabeth. Pero el destino les había reservado cualquier cosa menos un final dichoso.
El legado y la persecución
Hertz diseñó, fabricó y probó un experimento que marcaría a la civilización hasta hoy entre sus 22 y sus 30 años. Las telecomunicaciones, la radio, la tele, Wi-Fi, los tubos de rayos catódicos, tu horno a microondas, la espectrografía, las fotos que saca el celular; impresiona la lista de tecnologías que se hicieron posibles por la persistencia de este joven físico alemán que nunca bajó los brazos hasta que, en la oscuridad, luego de 15 minutos de adaptar sus retinas, logró ver los chispazos diminutos que demostraban que algo estaba atravesando el aire de forma invisible entre el emisor y el dipolo.
Poco después de su hallazgo, sin embargo, empezaron las migrañas. Tenía 36 años cuando falleció luego de una de las operaciones a las que debió someterse para mejorar su condición, que por entonces no quedaba claro a qué se debía y que hoy se cree que era alguna forma de cáncer óseo. Hertz murió el 1° de enero 1894, en Bonn, en el Imperio Alemán.
Su apellido fue instaurado dentro del Sistema Internacional de Medidas como unidad de frecuencia. Frecuencia es la cantidad de ondas por segundo. Cien de esas ondas por segundo serían 100 Hertz. Tu Wi-Fi funciona a 2400 millones Hertz (2,4 GHz) o, los más modernos, a 5000 millones Hertz (5 GHz). La radio FM anda en los millones de Hertz (MHz) y la AM en los miles de Hertz (KHz). Por supuesto, como Maxwell había conseguido la segunda gran unificación, todo lo relacionado con la radiación electromagnética usa Hertz. Y como el sonido se comporta de forma análoga, se usan también los Hertz para expresar las frecuencias; así, el oído humano es capaz de percibir entre 20 y 20.000 Hertz, pero esto es de oscilaciones de las moléculas de aire, nada que ver con el electromagnetismo. ¿Y los Hertz de los procesadores? Bueno, como con el sonido, cualquier cosa cíclica puede medirse en Hertz; así un chip hoy funciona entre 1000 y 3000 millones de Hertz (de nuevo, GHz). El primer chip para PC, en 1981, andaba a un entre 5 y 16 millones de Hertz; típicamente, 8 o 12 MHz.
Estampilla impresa en Checoslovaquia en honor a Hertz
Con la llegada del nazismo, se eliminaron los nombres de las calles en Alemania que llevaban el apellido de este físico genial e incluso hubo un intento sostenido para eliminar los Hertz del sistema internacional de medidas. Pero aparte la barbarie y la arrogancia ignorante de los regímenes totalitarios, la gran lección de Hertz es otra, más profunda y más actual.
Los diez años que Heinrich pasó buscando probar las leyes de Maxwell fueron un tiempo no solo de frustraciones, sino de frustraciones aparentemente inútiles. El electromagnetismo no tenía ninguna aplicación práctica en ese momento. Cero. Nada. Nada del todo. Era cosa de intelectuales. De torre de marfil. Hoy el mercado, simplemente, habría descartado su proyecto por innecesario.
Sin embargo, el proyecto innecesario mueve el mundo en la actualidad y vos posiblemente estás leyendo esta nota gracias a Faraday, Maxwell y Heinrich Hertz.

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