George Stokes: Las olas que casi lo ahogan

Su hija registró la historia del origen ella misma. "Casi fue arrastrado por una de estas grandes olas mientras se bañaba de niño frente a la costa de Sligo", escribió Isabella Humphreys sobre su padre, "y esto atrajo por primera vez su atención hacia las olas". George Gabriel Stokes pasó las siguientes siete décadas trabajando en el problema y, al final, había escrito las ecuaciones que gobiernan cómo se mueven los fluidos, explicado por qué las nubes permanecen en el aire, descubierto por qué algunas sustancias brillan bajo luz invisible y prestado su nombre a una unidad, un teorema, una lente, una línea espectral y dos cráteres. Ocupó la Cátedra Lucasiana en Cambridge durante cincuenta y cuatro años, más tiempo que nadie en la historia de la cátedra, incluido Newton.

Una rectoría junto al mar

Stokes nació el 13 de agosto de 1819 en Skreen, condado de Sligo, el hijo menor del reverendo Gabriel Stokes, rector de la parroquia de la Iglesia de Irlanda, y Elizabeth Haughton. Tres de sus hermanos ingresaron al clero; uno, John, se convirtió en archidiácono de Armagh. Era especialmente cercano a su hermana Elizabeth. La costa atlántica de su infancia moldeó su ciencia tan directamente como cualquier maestro.

Se educó en Skreen, luego en Dublín, después en Bristol, y se matriculó en el Pembroke College, Cambridge, en 1837. En 1841 se graduó como Senior Wrangler —el mejor del tripos matemático— y Smith's Prizeman, y fue elegido inmediatamente miembro de Pembroke. Renunció a la beca al casarse en 1857, como requerían los estatutos universitarios de entonces, fue reelegido bajo estatutos revisados en 1869 y la mantuvo hasta que se convirtió en Maestro de Pembroke en 1902, el año anterior a su muerte.

La física de los fluidos en movimiento

Entre 1842 y 1851, Stokes fundó esencialmente la dinámica de fluidos moderna. Sus artículos sobre el movimiento de fluidos incompresibles, sobre la fricción en fluidos y sobre la fricción interna convirtieron un campo de reglas empíricas dispersas en una disciplina matemática. Lo utilizó para explicar por qué las nubes permanecen suspendidas y por qué las olas disminuyen, y para atacar problemas prácticos: el flujo de agua en los ríos, la resistencia encontrada por los barcos.

Dos resultados llevan su nombre. Las ecuaciones de Navier-Stokes, a las que hizo contribuciones fundamentales, siguen siendo la descripción fundamental del flujo de fluidos y uno de los problemas no resueltos más difíciles de las matemáticas. La ley de Stokes da la resistencia sobre una esfera que se mueve lentamente a través de un medio viscoso, y por lo tanto su velocidad terminal: la base teórica del viscosímetro de esfera que cae, todavía utilizado industrialmente para medir el espesor de los fluidos. La unidad CGS de viscosidad cinemática, el stokes, lleva su nombre.

La luz y el brillo del vidrio de uranio

Alrededor de 1845, Stokes se dedicó a la teoría ondulatoria de la luz. Su artículo de 1849 sobre la difracción demostró que el plano de polarización debe ser perpendicular a la dirección en la que viaja la luz, una restricción decisiva sobre lo que es físicamente la luz.

Su trabajo óptico más célebre llegó en 1852 con el artículo "Sobre el cambio de refrangibilidad de la luz". Observando fluorita y vidrio de uranio, Stokes describió y nombró la fluorescencia: la conversión de radiación ultravioleta invisible en luz visible de mayor longitud de onda. El desplazamiento de energía involucrado se llama desplazamiento de Stokes, y el fenómeno sustenta todo, desde la iluminación fluorescente hasta las moléculas marcadas que hacen visible la biología moderna.

Continuó durante treinta años. Estudió los arcoíris en la década de 1850, los colores de las placas gruesas en 1851, la reflexión metálica por sustancias no metálicas en 1853, la intensidad de la luz a través de placas apiladas en 1860, y solo en 1862 publicó sobre la doble refracción, el espectro de la luz eléctrica y el espectro de absorción de la sangre. En 1878 estableció límites teóricos a la apertura del microscopio. En 1849 inventó la lente Stokes, un dispositivo de lente cilíndrica para detectar el astigmatismo.

Dejó pasar una oportunidad. Antes del verano de 1852, Stokes enseñó a Lord Kelvin cómo el análisis prismático de la luz podía revelar la química del sol y las estrellas, anticipándose a Gustav Kirchhoff por siete u ocho años. Pero no había comprendido que la emisión en una longitud de onda determinada requiere absorción en la misma longitud de onda, y más tarde rechazó "cualquier parte del admirable descubrimiento de Kirchhoff". Los científicos ingleses le atribuyeron los principios de todos modos.

Matemáticas y series divergentes

El teorema de Stokes, la identidad que vincula la integral de un campo sobre una superficie con el comportamiento de ese campo en su límite, lleva su nombre porque él lo popularizó; se convirtió en uno de los resultados fundamentales del cálculo vectorial. Investigando el tratamiento de George Airy sobre los arcoíris, expresó una integral difícil de manejar como una serie divergente y la truncó inteligentemente para obtener aproximaciones precisas: una visión temprana de las expansiones asintóticas, uno de los trucos controlados más productivos de las matemáticas aplicadas.

Puentes que se cayeron

La Gran Bretaña victoriana construyó sus ferrocarriles más rápido de lo que entendía los materiales, y Stokes fue llamado cuando fallaron. Después del colapso del puente Dee cerca de Chester en mayo de 1847, investigó la falla de una viga de hierro fundido y formó parte de la Comisión Real resultante, calculando las fuerzas que ejerce una máquina en movimiento sobre un puente. Después del desastre del puente Tay del 28 de diciembre de 1879, cuando una tormenta destruyó la sección de High Girders mientras un tren expreso cruzaba y murieron más de setenta y cinco personas, apareció como testigo experto sobre la carga del viento. La junta de investigación encontró que el puente estaba "mal diseñado, mal construido y mal mantenido". Stokes fue nombrado para la Comisión Real de seguimiento sobre la presión del viento, que midió los vientos de tormenta en todo el país para establecer qué fuerzas realmente tenían que soportar las estructuras.

Fe sin evasivas

Stokes siguió siendo un protestante evangélico conservador durante toda su vida. En 1886 se convirtió en presidente del Victoria Institute, fundado para defender el cristianismo evangélico contra la evolución darwiniana; en 1891 impartió las Conferencias Gifford sobre teología natural, y fue vicepresidente de la Sociedad Bíblica Británica y Extranjera. Su posición era más sutil de lo que sugieren las afiliaciones. "Todos admitimos", escribió como presidente del Instituto, "que el libro de la Naturaleza y el libro de la Revelación provienen por igual de Dios, y que, por consiguiente, no puede haber una discrepancia real entre ambos si se interpretan correctamente". Destacó que la evidencia científica es "solo probable" y susceptible de revisión, mientras advertía igualmente contra el rechazo de la revelación. A diferencia de la mayoría de los evangélicos victorianos, rechazó el castigo eterno, manteniendo en cambio el condicionalismo cristiano.

El guardián

Stokes fue profesor lucasiano de 1849 a 1903, secretario de la Royal Society de 1854 a 1884, su presidente de 1885 a 1890 y diputado conservador por la Universidad de Cambridge de 1887 a 1892: el primer hombre en ocupar la cátedra, la presidencia y un escaño parlamentario simultáneamente. Treinta años como secretario le dieron, según una evaluación, "una influencia enorme, aunque discreta, en el avance de la ciencia matemática y física". Resolvió las dificultades matemáticas de otras personas y repartió problemas de investigación; los historiadores lo llaman un guardián de la ciencia victoriana.

Fue nombrado baronet en 1889 y ganó la Medalla Rumford en 1852, el Premio Hopkins en 1870 y la Medalla Copley en 1893. El 1 de junio de 1899, su jubileo de oro como profesor lucasiano atrajo a delegados de toda Europa y América; Kelvin presentó bustos de mármol de Hamo Thornycroft.

Familia y final

El 4 de julio de 1857, Stokes se casó con Mary Susanna Robinson, hija del astrónomo irlandés Thomas Romney Robinson, en la Catedral de San Patricio en Armagh. De cinco hijos, dos hijas murieron en la infancia; su hijo William, médico, se suicidó a los treinta años mientras estaba temporalmente loco. Stokes murió el 1 de febrero de 1903, a los ochenta y tres años, y fue enterrado en el cementerio de Mill Road, Cambridge, con un monumento en la Abadía de Westminster. La línea masculina fracasó y el título de baronet se extinguió, pero el stokes, el desplazamiento de Stokes, la línea de Stokes, los cráteres en la Luna y Marte, y las ecuaciones que todavía derrotan a los matemáticos han demostrado ser más difíciles de extinguir.