Scientia

"De la viori la videocasetofoane". Acesta este numele unui capitol din cartea lui Ian Stewart, „Numerele naturii”. Deşi aparent nu există o prea mare legătură între viori şi videocasetofoane, autorul reuşeşte să realizeze o incursiune interesantă în istoria ştiinţei.

În capitolul amintit este descris minunatul traseu care a condus de la studierea modului în care vibrează corzile unei viori la apariţia radioului şi televiziunii, care cu siguranţă au schimbat lumea în care trăim. Ian Stewart este profesor de matematică la Universitatea Warwick din Anglia.

Povestea începe prin secolul al XVI-lea, când oamenii de ştiinţă ai vremii şi-au pus întrebări legate de modul în care vibrează o coardă de vioară în momentul în care este ciupită. Mai exact, ei au încercat să descopere nişte ecuaţii care să descrie mişcarea, deci forma corzii în orice moment.

Vibraţiile corespunzătoare sunt unde sinusoidale, de forma curbei sinus. În 1714, matematicianul englez Brook Taylor a publicat formula frecvenţei fundamentale a corzii de vioară în funcţie de lungime, tensiune şi densitate. Mai târziu, matematicianul elveţian Leonhard Euler a elaborat ecuaţia de undă pentru o coardă, ecuaţie diferenţială ce guvernează rata de schimbare a formei corzii. Şi Daniel Bernoulli a rezolvat ecuaţia de undă, dar printr-o metodă complet diferită.

După ce vibraţiile corzii de vioară nu au mai constituit un mister, atenţia s-a îndreptat către alte instrumente, mai complexe, care pot vibra, de exemplu toba. Spre deosebire de o coardă de vioară, care este un obiect unidimensional, membrana tobei este o suprafaţă bidimensională, iar marginea este reprezentată de un cerc, nu de două capete fixe ca în cazul corzii.

Ecuaţia de undă a început să fie folosită apoi peste tot, nu doar în domeniul muzical: pentru a se descrie formarea şi mişcarea valurilor, transmisia undelor sonore, apoi şi în teoriile electricităţii şi magnetismului.

Oameni ca William Gilbert, Benjamin Franklin, Luigi Galvani, Alessandro Volta au adus contribuţii importante la înţelegerea electricităţii şi magnetismului, însă Michael Faraday a demonstrat că magnetismul şi electricitatea constituie două aspecte ale aceluiaşi lucru, electromagnetismul. Faraday nu a fost matematician, însă puţin mai târziu, James Clark Maxwell a exprimat ideile lui Faraday în termeni de ecuaţii matematice pentru câmpurile magnetice şi electrice.

Din cele patru ecuaţii ale lui Maxwell s-a extras ecuaţia de undă, de unde s-a dedus existenţa undelor electromagnetice care se propagau şi cu viteza luminii, concluzia imediată fiind că lumina însăşi este o undă electromagnetică. Lucru remarcabil, având în vedere că până atunci nu se ştia ce este lumina şi că se propagă sub formă de unde. Şi încă şi mai remarcabil este faptul că descoperirea ecuaţiilor de undă, care descriau vibraţiile corzilor de vioară, au ajutat la înţelegerea faptului că electromagnetismul şi lumina s-ar fi putut propaga tot sub formă de unde.

Desigur că la început acestea nu erau decât nişte presupuneri deduse din ecuaţiile lui Maxwell. Mai târziu însă, în 1886, fizicianul german Heinrich Hertz a generat unde electromagnetice la frecvenţe radio, apoi Guglielmo Marconi a realizat cu succes prima telegrafie fără fir în anul 1895 şi a transmis şi recepţionat primele semnale radio transatlantice în 1901. Nu a mai fost decât un pas până la inventarea radarului, televiziunii sau benzilor video...

Bibliografie:
„Numerele Naturii” de Ian Stewart, Editura Humanitas