Pierre Maurice Duhem

_

Primeros años y formación académica

Pierre Maurice Marie Duhem nació la Rue des Jeréneurs, en París, el 10 de junio de 1861, hijo del flamenco Pierre Joseph Duhem y la occitana Marie Alexandrine Fabre. Su padre hubo de abandonar sus estudios con los jesuítas para hacerse cargo de sus hermanos pequeños cuando quedaron huérfanos. Trabajaba de comercial en la industria textil, pero siguió conservando su inquietud intelectual (sobre todo de los autores latinos) durante toda su vida. Su madre provenía de una familia de la pequeña burguesía de Cabrespine, cerca de Aude.

Ambos eran fervientes católicos y monárquicos legitimistas. Pierre Maurice comenzó su educación a los siete años, recibiendo clases privadas en un pequeño grupo de estudiantes, aprendiendo gramática, aritmética, latín y catecismo.

Atrapados por la guerra franco-prusiana, los Duhem lograron huir a Burdeos, regresando a París tras el armisticio, a tiempo para ver los desastres causados por la Comuna y su represión. Esta experiencia (que incluía una irracional aversión por la Iglesia, llegando a la profanación de iglesias y cementerios) causó en Pierre y su familia una fuerte impresión, que reforzaría en el futuro sus ideas antisocialistas. Al año siguiente, una epidemia de difteria acabaría con las vidas de su hermana pequeña Antoinette y su hermano recién nacido Jean.

Cursó la educación secundaria el College Stanislas de París a partir de 1872. Obtenido el bachillerato, ingresó en en la Escuela Normal Superior de París en 1882, estudiando Física y obteniendo tu título en 1885. Fue el primer alumno de la sección de ciencias durante todos los cursos. En sus recuerdos posteriores señalaría a su profesor de matemáticas Jules Moutier, como su primera influencia para inclinarse al mundo de la física. Por dedicarse a ella rechazó una oferta para ocupar un puesto de químico en el laboratorio de Louis Pasteur.

Presentó su primera tesis en 1886, con el título “el potencial termodinámico y sus aplicaciones a la mecánica química y el estudio de los fenómenos eléctricos", en la que criticaba el principio de “trabajo máximo” de Marcel Berthelot.

El jurado (presidido por Lippman, amigo personal de Berhtelot) rechazó la tesis basándose en criterios técnicos, pero probablemente influyeron también sus ideas políticas y su fe cristiana, en un mundo académico que había abrazado con entusiasmo el laicismo y el materialismo, y que tenía en alta estima al republicano Berthelot, uno de los “mandarines universitarios” de la ciudad de las luces. El propio Berthelot, al conocer esa tesis contra su trabajo, sentenciaría: “este joven nunca podrá enseñar en París”. Y así sería durante el resto de su vida, pese a sus indudables aportes a la física y la química.

Se doctoró en 1888 en la universidad Paul Sabatier (Toulouse) con la tesis titulada “estudio histórico sobra la teoría de la imantación por influencia".

Ejerció de profesor de física teórica en la Universidad de Lille (1887 a 1893), periodo en que publicó “cuerpos dimagnéticos” (1889), “curso de física matemática y de cristalografía de la facultad de ciencias de Lille” (1891), “lecciones sobre la electricidad y el magnetismo” (1891-1892) e “introducción a la mecánica química” (1893).

Allí conoció a la que sería su esposa Adele Chayet, con quien casó en 1890. Su hija Hélene nació en 1891, y trágicamente su esposa murió de parto al año siguiente, junto al hijo que esperaban. La madre de Duhem, también viuda reciente, fue a vivir con él para ayudarle a la crianza de la niña. Nunca volvió a casarse.

Duhem, católico practicante, fue militante antirrepublicano y convencido de la culpabilidad del acusado en el asunto Dreyfuss. Parece ser que en 1883, bajó seudónimo, había sido autor de las ilustraciones del panfleto de una opereta satírica llamada “en el país de los gorilas”, que ridiculizaba las leyes de enseñanza laicista implantadas en Francia el año anterior. Aunque cercano a Action Française, se mostraba disconforme con el ateísmo de Charles Maurras.

_

Investigación en física y química

Por diferencias de carácter con el rector, abandonó la universidad de Lille en 1893. Entre los años de 1893 y 1894 fue profesor en la Universidad de Rennes, y en 1894 obtuvo la cátedra de física teórica en la Universidad de Burdeos, donde desarrolló el resto de su carrera y publicó sus principales aportaciones científicas, hasta su muerte.

En 1894 escribió “sobre las deformaciones permanentes y la histeresis", al año siguiente publicó “las teorías del calor", y en 1896, “teoría termodinámica de la viscosidad, la fricción y los falsos equilibrios químicos”. Entre 1897 y 1898, en un doble tomo llamado “tratado básico sobre mecánica química a base de la termodinámica”, abarcó todos los aspectos fundamentales de la misma.

1902 fue un año fecundo: publicó “Mezcla y combinación química. Ensayo sobre la evolución de una idea", “las teorías eléctricas de J. Clerk Maxwell: estudio histórico y crítico", “termodinámica y química: lecciones elementales para químicos” e “investigación en Hidrodinámica".

En el campo de la física y la química, Pierre Duhem es recordado sobre todo por las ecuaciones de Gibbs-Duhem y Duhem-Margules.

La influencia del químico estadounidense Josiah Willard Gibbs en su trabajo es notable, y fue el principal defensor de sus tesis entre los científicos franceses, editando en 1908 un ensayo con el título “Josiah Willard Gibbs, a propósito de la publicación de sus memorias científicas". La ecuación de Gibbs-Duhem describe la relación entre los cambios en el potencial químico de los componentes en un sistema termodinámico.

Esta ecuación muestra que en termodinámica las propiedades intensivas no son independientes sino relacionadas, lo que la convierte en una declaración matemática del postulado de estado. La ecuación de Gibbs−Duhem no se puede utilizar para sistemas termodinámicos pequeños debido a la influencia de los efectos de superficie.

Junto al físico austríaco Max Margules, describió la ecuación de Duhem-Margules, una fórmula termodinámica de la relación entre los dos componentes de un solo líquido donde la mezcla de vapor se considera un gas ideal. La ecuación da la relación entre los cambios en la fracción molar y la presión parcial de los componentes.

Pierre Duhem compartía el escepticismo del físico checo Ernst Mach sobre la utilidad del concepto de átomo, que no empleó en sus trabajos, alejándolo de la mecánica estadística y su explicación de las leyes de la termodinámica como propiedades estadísticas de los sistemas mecánicos compuestos por muchos átomos.

Muchos años después, se le dio el nombre de desigualdad de Clausius-Duhem a un modo de expresar la segunda ley de la termodinámica que se utiliza en la mecánica de medios contínuos. Esta desigualdad es particularmente útil para determinar si la relación constitutiva de un material es termodinámicamente admisible Esta desigualdad afirma la irreversibilidad de los procesos naturales, especialmente cuando hay disipación de energía involucrada. También debe su nombre al físico alemán Rudolf Clausius, el segundo postulador de la misma.

Se le considera uno de los fundadores de la fisicoquímica moderna, junto a nombres brillantes como Jacobus Van T’Hoff, Friedrich Ostwald, Svante Arrhenius y Henri Le Chatelier, siendo el más versado en termodinámica de todos ellos.

Fue miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Francia desde 1900, y de pleno derecho a partir de 1913.

Ese año de 1900 fue nombrado doctor Honoris Causa por la Universidad Jagelloniana de Cracovia

_

Su aportación a la historia de la ciencia

Un cambio importante en la orientación de su trabajo se produjo durante la investigación que dio como fruto la publicación en 1906 de “los orígenes de la estática", que editó en paralelo a “la evolución de la mecánica” e “investigaciones sobre la elasticidad", todas del mismo año.

Durante la realización de su tratado sobre la estática, tuvo ocasión de revisar los trabajos al respecto de los monjes matemáticos Nicolás Oresme y Roger Bacon, y del filósofo Jean Buridan, quedando sorprendido por la sofisticación de sus planteamientos y metodología. Contrariamente a los postulados historiográficos establecidos en ese momento por autores como Condorcet o Voltaire (que consideraban la Edad Media cristiana como una época de estancamiento o incluso regresión en el campo de la ciencia), Duhem defendió que en realidad los matemáticos medievales pusieron los fundamentos a los avances que autores como Nicolás Copérnico o Galileo Galilei llevaron a cabo en el desarrollo del método científico, afirmando

“La mecánica y la física de la que los tiempos modernos se enorgullecen comprensiblemente, proceden de una ininterrumpida serie de mejoras, apenas perceptibles, de las doctrinas propuestas en las escuelas medievales.”

A partir de este momento, su investigación se centró en la teoría de la ciencia y en los estudios históricos de ciencia medieval, despreciada en su tiempo como una época oscurantista, dominada por la superstición. En esta disciplina es considerado pionero y fundador. Una de sus sentencias más célebres fue:

“Si nos hubieran obligado a asignar una fecha al nacimiento de la ciencia moderna habríamos elegido, sin dudarlo, el año 1277, cuando el obispo de París [Étienne Tempier] proclamó solemnemente que podría existir una multiplicidad de mundos y que el sistema de esferas celestes podría, sin contradicción, estar dotado de una línea recta de movimiento”.

_

Su aportación a la teoría de la física

En 1906 publicó también “teoría física. Su objeto y su estructura". Esta obra inaugura otra de las facetas del autor, sus aportaciones a la filosofía de la ciencia, y concretamente a la teoría de la física. En ella afirma explícitamente:

“Una teoría de la física no es una explicación. Es un sistema de proposiciones matemáticas, deducidas a partir de un pequeño número de principios, que tiene como objetivo representar de la forma más simple, completa y exacta posible un grupo de leyes experimentales.”

Duhem argumentó en contra de la experimentación como única vía para refutar hipótesis. Rechazó también la afirmación de Isaac Newton de que la ley de gravitación mutua universal se deducía de “fenómenos", incluidas la segunda y tercera ley de Kepler (como había sido ya refutada por los filósofos alemanes Gottfried Leibniz o Inmanuel Kant). Según Duhem, la teoría de la gravedad mutua universal de Newton contradecía rotundamente las leyes de Johannes Kepler del movimiento planetario porque las perturbaciones gravitacionales mutuas interplanetarias causaban desviaciones de las órbitas keplerianas. Dado que ninguna proposición contingente puede deducirse lógicamente de forma válida a partir de otra que contradiga, Newton no había deducido lógicamente su ley de gravitación directamente de las leyes de Kepler.

En esta misma obra, criticó el inductivismo de la escuela británica, afirmando que la física está sujeta a limitaciones metodológicas que no afectan a otras ciencias. Mostró disconformidad con la noción de Bacon de “experimentos cruciales”, porque un experimento físico no es una mera observación, sino una interpretación. Asimismo, consideró imposible someter una sola hipótesis a una prueba experimental. Debe ser puesta a prueba junto a otras hipótesis, suposiciones y teorías interconectadas. Es la teoría que se ha dado en llamar “holismo de confirmación”, o tesis de Duhem-Quine.

En el apéndice de ese tratado, titulado “la física de un creyente” (que ya había sido publicada independientemente en 1904), afirma que

“Las doctrinas metafísicas y religiosas son juicios que afectan a la realidad objetiva, mientras que los principios de la teoría física son proposiciones relativas a ciertos signos matemáticos despojados de toda existencia objetiva. Puesto que no tienen ningún término común, estos dos tipos de juicios no pueden contradecirse ni concordar entre sí.”

Duhem sostenía así que la realidad tenía más relación con la metafísica que con la física, pero afirmaba que los filósofos y teólogos debían tener un conocimiento detallado de la teoría física para evitar emplearla falazmente. Abel Rey había criticado que esta conclusión estaba influenciada por su fe católica; Duhem señaló que debían considerarse sus trabajos en física y química por su méritos y no por la religión de su autor:

“El creyente y el no creyente pueden trabajar de común acuerdo por el progreso de la ciencia física tal como he tratado de definirla. […] En sí mismo y por su esencia, cualquier principio de la física teórica no tiene ningún papel que desempeñar en las discusiones metafísicas o teológicas.”

En 1907 fue nominado al premio Nobel de la físicaa propuesta del físico ruso Orest Khvolson, pionero en el estudio del efecto de lente gravitacional.

Entre 1906 y 1913 vieron la luz los quince tomos de sus “Estudios sobre Leonardo da Vinci", en los que hace un completo repaso de toda la obra científica y filosófica del genial florentino, así como de los filósofos y científicos contemporáneos que influyeron en su pensamiento.

En 1908 escribió “Sozein ta phainomena. Ensayo sobre la noción de teoría física de Platón a Galileo". En él adelantaba algunos de los hallazgos de su estudio de la historia de la ciencia, fundamentalmente el concepto que se popularizó como “salvar los fenómenos” tomado del título de su obra. Duhem se basó principalmente en Santo Tomás de Aquino, cuando afirmaba que la razón podía emplearse, no sólo para proporcionar una prueba suficiente de algún principio, sino para confirmar un principio establecido por medio de la congruencia de sus resultados con la realidad. De ese modo, Duhem pretendía evitar que la necesidad apriorística de explicar todos los fenómenos llevase a una destrucción de los principios por falta de pruebas suficientes. Sobre ese principio, justificó el rechazo del cardenal Roberto Bellarmino a los argumentos de Galileo.

En 1911 publicó “tratado de la energética", sobre la termodinámica de procesos irreversibles, en el que, influido por la obra “esquemas de la ciencia de la energética", del escocés Macqourn Rankine y los trabajos del alemán Hermann von Helmholtz, trató de demostrar que todos los fenómenos físicos podían derivarse de los principios de la termodinámica.

Buscaba sentar las bases lógicas y axiomáticas de la termodinámica como sustento de toda la física. Aunque logró demostrarlo para la mecánica y la química, finalmente hubo de admitir que esa relación no se lograba plenamente para el electromagnetismo.

_

Últimos años y legado

En 1913 comenzó a escribir su obra más madura, los diez tomos del monumental “El sistema mundial. Historia de las doctrinas cosmológicas desde Platón a Copérnico", que no pudo completar por su muerte en 1916, y que fue publicada póstumamente hasta 1959 en diez volúmenes.

En este amplio y concienzudo trabajo, tras más de diez años de investigación en las fuentes primarias, Duhem realizó un aporte fundamental al estudio de la ciencia medieval en la Cristiandad a través de sus eruditos. Sus principales conclusiones fueron que los fundadores de la ciencia moderna se hallaban en la baja Edad Media, y no en el Renacimiento, y que la Iglesia Católica había sido factor favorecedor del desarrollo científico en esa época, en lugar de retardador, como postulaba la teoría de la ciencia desde la Ilustración.

Según el historiador de la ciencia, Edward Grant,

“Con sus numerosas publicaciones, Duhem convirtió la ciencia medieval en un campo de investigación respetable y situó la Baja Edad Media en la corriente principal del desarrollo científico. De este modo, llenó el vacío que había existido entre la ciencia griega y árabe, por un lado, y la ciencia moderna temprana en la Europa del siglo XVII, por el otro. Por primera vez, la historia de la ciencia recibió un auténtico sentido de continuidad.”

Pierre Duhem fue opuesto a la teoría de la relatividad de Albert Einstein (publicada en 1905), y en 1914 escribió al respecto que dicha teoría había “convertido a la física en un verdadero caos donde la lógica pierde su rumbo y el sentido común huye asustado“. En su última obra publicada en vida, “la ciencia alemana” (1915), se opuso nuevamente a la relatividad, afirmando que “derroca todas las doctrinas en las que se ha hablado del espacio, del tiempo, del movimiento, todas las teorías de la mecánica y de la física“. Esta obra postrera, escrita en plena guerra mundial, pretendía descalificar la aportación germana a la ciencia, considerándola menos precisa que la francesa.

Aparte de todos los libros aquí citados, escribió más de trescientos artículos científicos. En 1916 fue nuevamente nominado al premio nobel de física a propuesta del eminente físico francés Marcel Brillouin.

Falleció el 14 de septiembre de 1916, a los 55 años de edad, en la casa de su familia materna en Cabrespine, Aude (cerca de Carcasona), en cuyo cementerio se halla su sepultura.

Su nombre fue dado a la calle de Burdeos donde había tenido su residencia, y a una vía en Cabrespine.

En 1984 se publicó “Genio inquieto. La vida y trabajo de Pierre Duhem", una amplia biografía sobre este físico. En 1987 vio la luz una colección de artículos publicados por Duhem entre 1892 y 1896 con el título “Premisas filosóficas", edición a cargo de Stanley L. Jaki. El mismo autor publicó en 1991 “Pierre Duhem, hombre de ciencia y de fe” y en 1994 una recopilación de cartas a su hija Hélène. Otros autores han publicado recensiones o colecciones de sus artículos científicos a lo largo del siglo XX e incluso en el XXI, demostrando el interés que la vida y obra de este físico-químico ha seguido suscitando hasta nuestros días.