El termómetro y la Revolución Científica

El termómetro se inventó a mediados del siglo XVII, durante la Revolución Científica, cuando los científicos comenzaron a buscar un instrumento preciso para medir un amplio rango de temperaturas utilizando una escala que pudiera compararse con las lecturas realizadas por otros científicos en distintos lugares. Primero se utilizó el aire y luego líquidos expansivos como el alcohol y el mercurio para crear un instrumento de precisión que abrió nuevas posibilidades de conocimiento en muchos campos, pero especialmente en la química y la medicina.

Termoscopios

En la Antigüedad y durante la Edad Media, el concepto de temperatura era bastante diferente al actual. La temperatura, como solo se podía medir mediante el tacto corporal, solo se consideraba con una vago «caliente» o «frío», y los dos extremos reconocidos eran el hielo y el agua hirviendo. El gran médico de la Antigüedad Galeno (129-216 d.C.), por ejemplo, solo tenía cuatro grados de temperatura basados en estos dos extremos. El método de Galeno para determinar la temperatura de un paciente era igualmente impreciso. El médico tomaba la mano del paciente y, si la notaba más caliente que la suya, el paciente estaba «caliente»; si era más fría, estaba «frío»; y, en cualquier caso, la persona estaba enferma. Esta idea perduró durante siglos. Hubo que esperar hasta el siglo XVII para que el concepto de medir la temperatura en grados pequeños en una escala cautivara finalmente la imaginación de científicos e inventores.

Los primeros termómetros de la Edad Moderna eran del tipo termoscopio. Este diseño de termómetro consistía en un tubo estrecho lleno de agua que se desplazaba hacia arriba (o hacia abajo) en una escala cuando el aire situado por debajo (o por encima) se calentaba y, al expandirse, empujaba el líquido hacia arriba (o hacia abajo). A menudo se atribuye al genio polifacético italiano Galileo (1564-1642) la invención del termoscopio, pero las pruebas no son concluyentes. Es cierto que fue el amigo de Galileo, Santorio Santorio (1561-1636), quien utilizó por primera vez el termómetro de tipo termoscopio en el campo de la medicina, cuando era profesor de medicina en la prestigiosa e influyente Universidad de Padua. Aunque el propio Galileo afirmaba ser su inventor, como señalan los historiadores L. Fermi y G. Bernardini, «parece que el termómetro lo inventaron de forma independiente varias personas en diferentes lugares» (31). Otros científicos a menudo señalados como posibles inventores del termoscopio son Cornelius Drebbel (1572-1633) en los Países Bajos y Robert Fludd (1574-1637) en Inglaterra.

Santorio ofrece la primera mención escrita del termoscopio en su obra de 1612 Comentario sobre el arte médico de Galeno. El termoscopio fue un buen comienzo para abordar el problema de la medición de temperaturas, pero era un instrumento torpe que no podía realizar lecturas muy precisas. Otra desventaja importante era que presentaba variaciones indeseables en función de la presión atmosférica circundante. Otto von Guericke (1602-1686) introdujo mejoras tangibles en el termoscopio, pero hacía falta un dispositivo más preciso y menos engorroso para el uso práctico diario y la investigación científica colaborativa.

Los primeros termómetros

La clave para descubrir el secreto de la medición precisa de la temperatura se encontró en Italia. El gran duque Fernando II de Toscana (que reinó en 1621-1670) tenía un gran interés por la ciencia y fundó la erudita Academia del Cimento en la ciudad de Florencia. Allí, hacia 1650, se desarrolló la idea de utilizar un líquido que se expandiera por sí mismo en lugar del aire en el tubo del termómetro. Los primeros modelos utilizaban alcohol en un tubo de vidrio sellado y muy fino. Para facilitar la lectura de la escala, el alcohol se coloreaba. Este instrumento se conoció como termómetro florentino y sustituyó al termoscopio a finales del siglo XVII. Los científicos florentinos habían realizado experimentos con mercurio en lugar de alcohol, pero se decantaron por este último porque es más sensible a los cambios de temperatura. Los inconvenientes del alcohol eran que, en el siglo XVII, no era tan fácil conseguir alcohol absolutamente puro que tuviera un punto de ebullición bajo. Estos dos aspectos negativos hacían que los termómetros de la época no siempre fueran tan precisos como sus usuarios esperaban y, sin duda, resultaba difícil comparar lecturas más precisas entre diferentes termómetros.

A pesar de los problemas iniciales, el termómetro fue una parte importante de la Revolución Científica. Frenados durante siglos por la filosofía natural aristotélica y su recelo hacia cualquier cosa que no fueran los sentidos para comprender el mundo, por primera vez los científicos combinaron sus estudios, su inteligencia y los instrumentos que mejoraban los sentidos para lograr un progreso real en el conocimiento. A medida que avanzaba la Revolución Científica, instrumentos como el termómetro, el telescopio y el microscopio ya no se utilizaban para demostrar que las teorías del conocimiento existentes eran correctas, sino para descubrir áreas de conocimiento completamente nuevas. Otra característica distintiva de la Revolución Científica fue la colaboración entre científicos de diferentes países. Así que, en llegados a este punto, el problema acuciante consistía en lograr que todos se pusieran de acuerdo en una escala universal para medir la temperatura.

Cuestiones de escala

Tras haber perfeccionado un instrumento razonablemente preciso y económico para medir la temperatura, el ideal de una escala universal que permitiera comparar fácilmente las lecturas entre dispositivos, independientemente de dónde se utilizaran, resultó difícil de alcanzar. Para principios del siglo XVIII, todavía no existía una escala de medición estándar para los termómetros, y no era raro que un mismo termómetro tuviera dos o incluso tres escalas. El famoso físico, químico y aficionado a la alquimia Robert Boyle (1627-1691) había impulsado una escala estandarizada, aunque su sugerencia de utilizar el punto de congelación del aceite de anís como marcador de referencia nunca cuajó. También hubo algunos esfuerzos por parte de instituciones para que los experimentos se llevaran a cabo utilizando únicamente instrumentos estandarizados. Por ejemplo, la Royal Society de Londres y la Academia del Cimento de Florencia colaboraron para garantizar que todos sus proyectos utilizaran el mismo tipo de termómetro y escala. De esta manera, los resultados de la investigación podían compararse independientemente de quién y dónde se tomaran las lecturas.

Todavía prevalecía la idea, como decía el filósofo griego Protágoras (en torno a 485-415 a.C.), de que «el hombre es la medida de todas las cosas», por lo que los puntos de referencia de la escala de temperatura a menudo se establecían en relación con el cuerpo humano. En 1701, Isaac Newton (1642-1727) consideró que la temperatura de la sangre humana era un buen punto cero para una escala de temperatura. En la misma línea, John Fowler, contemporáneo de Newton, quería utilizar como punto de referencia para el extremo superior de la escala de temperatura el líquido más caliente que la mano humana pudiera soportar sin retirarla.

Al final, habría dos claros ganadoras entre unas 35 escalas de temperatura competidoras. El alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) ideó su escala alrededor de 1714, basándose en dos fenómenos: la fusión del hielo en agua y la temperatura corporal normal de un ser humano. Estos valores eran 32 y 96 respectivamente en la escala Fahrenheit, y cada número intermedio se denominaba «grado». La escala Fahrenheit llegaba hasta el punto de ebullición del agua: 212 grados Fahrenheit. Los termómetros Fahrenheit se adoptaron ampliamente en Inglaterra y los Países Bajos, pero había un competidor serio y duradero.

El segundo gran vencedor en la guerra de las escalas de temperatura fue Anders Celsius (1701-1744), de Suecia. Celsius ideó su escala centígrada, que iba de 0 (el punto de congelación del agua) a 100 (el punto de ebullición del agua). Por supuesto, esta escala sigue siendo popular hoy en día, ya que acabó sustituyendo a la escala Fahrenheit en la mayoría de los países, con la notable excepción de Estados Unidos y unos pocos Estados más.

Más tarde surgieron otras escalas de temperatura, entre las que destaca la escala Kelvin, ideada en 1848 por el científico británico William Thomson (1824-1907); el nombre deriva de su título de lord Kelvin. La escala Kelvin utiliza la escala Celsius, pero referenciada al cero absoluto, la temperatura más fría posible. La escala Fahrenheit recibió la misma conversión con la escala Rankine, ideada por el escocés William Rankine (1820-1872).

Nuevas innovaciones

Fue Fahrenheit quien inventó el termómetro de mercurio alrededor de 1714. Este tipo de termómetro podía medir un rango más amplio de temperaturas en comparación con el termómetro de alcohol. El «aire» dentro del termómetro era otro factor a tener en cuenta para mejorar la precisión y, por esta razón, se empezaron a utilizar dentro del tubo de vidrio gases mucho más sensibles, como el nitrógeno o el argón.

Un instrumento tan útil para la ciencia como el termómetro pronto llevó a los científicos a plantearse cómo medir de forma independiente la precisión de cualquier instrumento concreto. Los científicos franceses J. A. Deluc (1727-1817) y Antoine Lavoisier (1743-1794) llevaron a cabo un gran número de experimentos en este ámbito, al igual que los científicos ingleses. Como resultado, «para la década de 1770, los fabricantes de instrumentos franceses e ingleses ya estaban creando termómetros con una precisión de 1/10 de grado» (Bynum, 420).

Por fin todo el mundo tenía a su alcance un termómetro cuya precisión se había comprobado y que utilizaba una escala reconocida internacionalmente. Por ejemplo, ahora los médicos podían utilizar el termómetro para realizar un diagnóstico más preciso de la dolencia de sus pacientes y seguir su evolución con mayor atención. Los químicos podían llevar a cabo experimentos y registrar sus hallazgos, y luego estos se podían comunicar a otros, que sabían que ahora podían reproducir las temperaturas exactas en sus propios laboratorios.

Para finales del siglo XVIII, ya se fabricaban termómetros capaces de registrar las temperaturas más bajas y más altas en un periodo determinado. Esto se conseguía insertando un pequeño resorte dentro de los tubos del termómetro; al moverse, el mercurio lo empujaba, pero luego permanecía en su posición cuando la temperatura volvía a cambiar y el mercurio se retraía. En 1860, William Siemans (1823-1883) desarrolló el termómetro de resistencia eléctrica. El principio es que, a medida que un metal cambia de temperatura, también cambia su resistencia eléctrica. En torno a 1890, Hugh Callendar (1863-1930) mejoró aún más este tipo de termómetro.

Termómetros modernos

A principios del siglo XX, un médico podía consultar una tabla ya preparada que le indicaba los cambios de temperatura esperados durante el transcurso de determinadas enfermedades. Los químicos también podían utilizar esas tablas como referencia para materiales y experimentos específicos. Por supuesto, los termómetros también siguieron evolucionando. El mercurio siempre fue un problema por su toxicidad si el termómetro se rompía accidentalmente, por lo que con el tiempo se ha sustituido por aleaciones metálicas más seguras. En el siglo XXI, los científicos utilizan termómetros que contienen un material como el platino, que permite medir con precisión la resistencia eléctrica, o termómetros que utilizan luz infrarroja, sonido, magnetismo o la expansión de diminutas tiras metálicas para obtener una lectura en un rango de temperaturas mucho más amplio del que es capaz el termómetro de líquido. En muchos botiquines domésticos actuales, el termómetro de líquido se ha sustituido por el termómetro electrónico equipado con un termistor que ofrece una lectura digital precisa. Hoy en día, hay todo tipo de objetos se benefician de termómetros incorporados que los hacen sensibles a la temperatura, desde sistemas de calefacción domésticos hasta cámaras de seguridad.