John James Waterston

John James Waterston (1811 – 18 de junio de 1883) fue un físico escocés y un pionero olvidado de la teoría cinética de los gases.

Vida temprana

El padre de Waterston, George, era un fabricante de lacre y papelero de Edimburgo, pariente de la familia Sandeman, Robert, y su hermano, George. John nació, el sexto de nueve hijos, en una familia llena de intereses por la literatura, la ciencia y la música. Fue educado en la Escuela Secundaria de Edimburgo antes de convertirse en aprendiz de ingeniero civil de los Sres. Grainger y Miller. Sus empleadores lo alentaron a asistir a conferencias en la Universidad de Edimburgo. Estudió matemáticas y física con Sir John Leslie, además de asistir a conferencias sobre química, anatomía y cirugía y convertirse en un participante activo en la sociedad literaria estudiantil.

A los diecinueve años, Waterston publicó un artículo proponiendo una explicación mecánica de la gravitación, explicando la acción a distancia en términos de partículas en colisión y discutiendo las interacciones entre el movimiento lineal y rotacional que jugarían un papel en su teoría cinética posterior. Propuso que el éter está hecho de pequeñas partículas cilíndricas, y las colisiones con partículas de materia grandes transferirían el movimiento de rotación a un movimiento lineal, aumentando localmente la velocidad de las partículas de éter, lo que, según él, reduciría la densidad del éter y crearía una fuerza de atracción.

Waterston se mudó a Londres a los veintiún años, donde trabajó como topógrafo ferroviario, se convirtió en asociado de la Institución de Ingenieros Civiles y publicó un artículo sobre un método gráfico para planificar movimientos de tierras. Los viajes y las interrupciones asociadas con su trabajo topográfico dejaron a Waterston poco tiempo para continuar sus estudios, por lo que se unió al departamento de hidrografía del Almirantazgo bajo la dirección de Francis Beaufort. Fue Beaufort quien, en 1839, apoyó a Waterston para el puesto de instructor naval para cadetes de la Compañía de las Indias Orientales en Bombay. El puesto funcionó bien para Waterston, quien pudo continuar con sus lecturas e investigaciones en la biblioteca de Grant College.

Teoría cinética

Basándose en su teoría de la explicación mecánica de la gravedad, fue el primero en desarrollar la teoría cinética, independientemente de cuentas parciales anteriores e igualmente descuidadas por Daniel Bernoulli y John Herapath. Lo publicó, a su propio costo, en su libro Pensamientos sobre las funciones mentales (1843). Ha derivado correctamente todas las consecuencias de la premisa de que la presión del gas es una función del número de moléculas por volumen de unidad, N; masa molecular, M; y velocidad molecular media-squared, v2̄ ̄ {displaystyle {bar {fn}}}}. Él estableció la relación:

P=NMv2̄ ̄ {displaystyle P=NM{bar {}}}}.

Había estado motivado para pensar en un teoría de la onda de calor por analogía con la teoría de la onda de la luz y algunos experimentos de James Forbes y Macedonio Melloni a fuego radiante. Su declaración de que ... en medios mixtos la velocidad molecular media cuadrada es inversamente proporcional al peso específico de las moléculas ha sido vista como la primera declaración del teorema de equipartición para el movimiento traduccional. Waterston comprendió que, mientras la energía cinética de una molécula individual con velocidad v{displaystyle v} es 12mv2{displaystyle {frac {2}mv^{2}, la energía térmica es proporcional a la temperatura T{displaystyle T}. Esa visión le llevó a derivar la ley de gas ideal:

PVT=una constante{displaystyle {frac {fnK}={mbox{a constant}} {fnK}}} {fnK}} {fnK}}}} {fnK}}}} {fnK}}}}}} {f}}}} {f}}}}.

La publicación tuvo poco impacto, quizás por el título. Presentó su teoría, bajo el patrocinio de Beaufort, a la Royal Society en 1845, pero fue rechazada. El árbitro Sir John William Lubbock escribió El artículo no es más que una tontería.

Incapaz de recuperar una copia de su artículo (no había podido hacer una copia para sí mismo antes de enviarlo a la Royal Society), reescribió el trabajo y trató de publicitarlo en otros lugares, atrayendo poca atención excepto la de William John. Macquorn Rankine y Hermann von Helmholtz, a través de quienes pudo haber influido en August Krönig. La teoría ganó aceptación sólo cuando fue propuesta por Rudolf Clausius y James Clerk Maxwell en la década de 1850, momento en el que la contribución de Waterston había sido olvidada.

Vida posterior

Regresó a Edimburgo en 1857 para perseguir sus propias ideas físicas novedosas, pero se encontró con el abandono y el desaliento inquebrantables por parte del establishment científico. El abandono se vio exacerbado por su creciente reclusión y hostilidad hacia las sociedades científicas. Trabajó en acústica, astronomía, mecánica de fluidos y termodinámica.

En 1858, 27 años después de publicar su teoría de la explicación mecánica de la gravedad y 15 años después de publicar la teoría cinética, continuó presionando para que otros exploraran sus ideas sobre la gravedad sin mucho éxito.

Salió de su casa en Edimburgo el 18 de junio y se ahogó en un canal cercano, posiblemente cayendo al canal debido al estrés por calor debido a sus actividades de observación astronómica.

Reconocimiento después de la muerte

Como se mencionó anteriormente, el artículo de Waterston presentado a la Royal Society fue rechazado. Algunos años después de la muerte de Waterston, Lord Rayleigh (secretario de la Royal Society en ese momento) logró desenterrarlo de los archivos de la Royal Society. Finalmente, el artículo de Waterston se publicó en Philosophical Transactions of the Royal Society en 1892 (consulte a continuación).

Rayleigh consideró que el caso de Waterston no era una aberración, sino la norma:

"La historia del documento [Waterston] sugiere que las investigaciones altamente especulativas, especialmente por un autor desconocido, son las mejores llevadas al mundo a través de algún otro canal que una sociedad científica, que naturalmente duda en admitir en sus registros impresos materia de valor incierto. Tal vez uno pueda ir más allá, y decir que un joven autor que se cree capaz de grandes cosas haría generalmente bien para asegurar el reconocimiento favorable del mundo científico por trabajo cuyo alcance es limitado, y cuyo valor es fácilmente juzgado, antes de embarcarse en vuelos superiores".