Padres de la Comunicación

“La información es la resolución a la incertidumbre”

Claude Shannon

Claude Elwood Shannon

Introducción
Las tecnologías de la información y las comunicaciones como las conocemos hoy en día no hubieran sido posibles sin la teoría matemática que desarrolló Claude Shannon. Sus investigaciones tuvieron impacto en diversas áreas del conocimiento, pero fue en la industria de las telecomunicaciones donde sus teorías tuvieron más impacto y relevancia.

Antecedentes
Claude Elwood Shannon nació en Petoskey, Michigan, EUA en 1916. Los primeros dieciséis años de vida de Shannon, los pasó en Gaylord, Michigan, donde estudió la educación básica y posteriormente se graduó de la preparatoria en la Gaylord High School en 1932. 

Durante su época de estudiante siempre mostró interés por las matemáticas y las ciencias. En su casa le gustaba construir aviones y botes a escala controlados a control remoto. También construyó un sistema telegráfico para comunicarse con un amigo que vivía a menos de un kilómetro de distancia. Durante su niñez, Thomas Edison fue uno de sus héroes. 

En 1932 ingresa a la Universidad de Michigan donde se graduó en 1936 con dos títulos, uno en Ingeniería electrónica y otro en matemáticas. Finalmente, en 1940, recibe el grado de Doctor en matemáticas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).

La teoría de la información
Shannon comenzó sus investigaciones sobre los fundamentos de la teoría de la información en los Laboratorios Bell, donde ingresó a laborar en 1942. Esta teoría se refiere principalmente a definir una medida cuantitativa de información y utilizar ésta para resolver los problemas relativos. El cual incluye el conocido “Teorema de la máxima capacidad de un canal” y el como transferir información de un punto fuente a un destino, independiente del medio de comunicación, ya sea teléfono, telégrafo, televisión, radio, etc.. 

Para resolver este problema, Shannon definió un marco de trabajo y las matemáticas para la teoría de la información en un documento titulado “A Mathematical Theory of Communication”. En este documento se propone la idea de convertir los datos (e.g. imágenes, sonidos o texto) a dígitos binarios, esto es, bits de información en código binario (0, 1). La información es entonces transmitida sobre el medio de comunicación. Los errores o el ruido podrán ser introducidos durante la transmisión, y el objetivo es reducirlos o corregirlos. La información binaria recibida es entonces convertida de nuevo al medio de comunicación. Su primer teorema (teorema de codificación de la fuente) establece que la velocidad de información está basada en su entropía. El cuál este último concepto fue otra de sus contribuciones a las telecomunicaciones.

Por esta notable contribución, a Shannon se le considera el padre de las comunicaciones digitales o la teoría de la información. Esta teoría revolucionó las comunicaciones en esa época, ya que la máxima velocidad de información a través de un canal estaba relacionada con otros factores y no sobre el concepto de información.

Otras contribuciones
Una de sus primeras contribuciones a la Ciencia y Tecnología fue la aplicabilidad del álgebra booleana para simplificar el diseño de los circuitos (eléctricos y electrónicos) de ese entonces y los conmutadores telefónicos. Shannon mostró que el álgebra Booleana, desarrollada por George Boole en 1854, proveía el modelo matemático para los circuitos de conmutación eléctrica y las computadoras.

Shannon también contribuyó en el campo de la criptografía, utilizada para cifrar información en miles de aplicaciones en la actualidad como tarjetas de crédito, acceso a sistemas, transferencias electrónicas, etc. En el documento “Communication Theory of Secrecy Systems (1949)” establece una base teórica para la Criptografía y para el criptoanálisis y define las estructuras  matemáticas básicas de los sistemas de seguridad.

Shannon también hizo contribuciones a la genética, también inventó un motor para jugar ajedrez por computadora.

Alan Turing, en una visita a Estados Unidos (EUA) durante la segunda guerra mundial,  se reunió con Shannon y trabajaron juntos durante dos meses. Ambos científicos estaban interesados en la posibilidad de construir una máquina que pudiera imitar el cerebro humano. Aunque sólo quedó en una idea, ambos conjuntaron sus conocimientos para construir un mecanismo seguro de comunicación  para el presidente de los EUA Franklin D. Roosevelt se pudiera comunicar, a través del Atlántico, con el primer ministro británico Winston Churchill.

Durante su carrera recibió muchos honores y premios, escribió cientos de documentos científicos en muchas áreas del conocimiento. 

Claude Shannon murió el 27 de febrero de 2001, a la edad de 84 años, en Medford Massachussets, después de una larga pelea con la enfermedad de Alzheimer. Le sobreviven 2 hijos y su esposa Elizabeth Moore, con quien contrajo nupcias en 1949.

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El autor es docente-investigador de la carrera de Lic. en Ciencias Computacionales de la Facultad de Ciencias de la UABC.

Michael Faraday 

Michael Faraday (1791-1867) fue un influyente científico británico que, entre otros descubrimientos, ayudó a convertir la electricidad en una propiedad que pudiera ser utilizada por la civilización.

“Nada es demasiado maravilloso para ser verdad si es consistente con las leyes de la naturaleza, y en tales cosas como éstas, el experimento es la mejor prueba de tal consistencia”.

– Michael Faraday

Infancia

Faraday nació el 22 de septiembre de 1791 en el sur de Londres de padres relativamente pobres. A la edad de 14 años, dejó la escuela y comenzó a trabajar como encuadernador. En su tiempo libre era un ávido lector, con lo que aprendió muchos conceptos científicos. Por lo tanto, Faraday era autodidacta y se convirtió en uno de los más grandes científicos a pesar de sus rudimentarias matemáticas.

Primeros estudios

En 1812, a la edad de 20 años, recibió algunos boletos para una serie de conferencias del eminente científico Humphrey Davy. Después de la conferencia, Faraday envió a Davy un documento de 300 páginas que ofrecía notas sobre las conferencias. Davy estaba impresionado y empleó a Faraday como asistente. Esto condujo a que más adelante se convirtiera en Profesor Fulleriano de Química en el Royal Institution of Great Britain, una posición a la cual fue designado de por vida.

Primeros trabajos

Sus primeros trabajos se centraron en la química. Hizo un estudio especial sobre el cloro y los nuevos cloruros de carbono. Faraday era un gran inventor práctico y descubrió el benceno, así como un mechero que sería el predecesor del Mechero Bunsen. Al mezclar el aire con el gas antes de la iluminación, Faraday encontró una forma fácil y accesible de obtener una temperatura más alta. Su modelo de hornilla de Bunsen fue desarrollado, y todavía se utiliza en laboratorios alrededor del mundo.

Aportes a la ciencia

El mayor aporte de Faraday fue en el desarrollo del electro-magnetismo y la electricidad. Aunque la gente ya sabía de la electricidad, fue Faraday quien jugó un papel fundamental en el suministro de una fuente continua de electricidad. Lo hizo a través de su modelo de rotación electromagnética de 1821. Más tarde fue capaz de desarrollar el primer dínamo eléctrico; sus teorías del electromagnetismo resultaron influyentes en la nueva industria eléctrica del siglo XIX.

Además de ser un científico destacado, Faraday también emprendió otros proyectos relacionados con la ciencia. Por ejemplo, después de una gran explosión en una mina de carbón en el condado de Durham en 1865, junto con Charles Lyell, produjo un informe sobre los peligros del polvo de carbón. Ofreció recomendaciones prácticas que, por desgracia, no fueron adoptadas hasta después de otra tragedia del carbón en 1913.

Creencias religiosas

Faraday tenía fuertes convicciones religiosas, pertenecientes a una estricta secta cristiana llamada la Iglesia Sandemaniana (fundada en el siglo XVIII) una rama de la Iglesia de Escocia. Sus creencias religiosas influyeron en su trabajo y él estaba dispuesto a mostrar la unidad de Dios y la naturaleza a través de sus descubrimientos científicos.

“Estaré con Cristo, y eso es suficiente”.

– Michael Faraday, al ser preguntado sobre la vida después de la muerte

Sus creencias religiosas pudieron haber sido una razón por la cual él rechazó la petición del gobierno británico de que él desarrollara las armas químicas para la Guerra de Crimea.

Años finales

A principios de 1840, la salud de Faraday comenzó a deteriorarse y realizando cada vez menos investigaciones. Murió el 25 de agosto de 1867 en Hampton Court, donde se le había dado alojamiento oficial en reconocimiento a su contribución a la ciencia.



James Clerk Maxwell 
(1831/06/13 - 1879/11/05)

James Clerk Maxwell 

Físico británico 



Nació el 13 de junio de 1831 en Edimburgo, en el seno de una familia acomodada.

En 1841 comenzó sus estudios en la Academia de Edimburgo, donde demostró un excepcional interés por la geometría, disciplina sobre la cual versó su primer trabajo científico, publicado cuando contaba sólo catorce años de edad. Cursó estudios en las universidades de Edimburgo y Cambridge.

Fue profesor de física en la Universidad de Aberdeen desde 1856 hasta 1860. En 1871 se le reconoce como el profesor más destacado de física experimental en Cambridge, donde supervisa la construcción del Laboratorio Cavendish.

Amplía la investigación de Michael Faraday sobre los campos electromagnéticos, demostrando la relación matemática entre los campos eléctricos y magnéticos.
También demostró que la luz está compuesta de ondas electromagnéticas.Su obra más importante es el Treatise on Electricity and Magnetism (Tratado sobre electricidad y magnetismo, 1873), en donde, por primera vez, publicó su conjunto de cuatro ecuaciones diferenciales en las que describe la naturaleza de los campos electromagnéticos en términos de espacio y tiempo.

James Clerk Maxwell falleció en Cambridge, Reino Unido, el 5 de noviembre de 1879, ocho años antes de la confirmación experimental de su teoría electromagnética.

Thomas Alva Edison

(Milan, 1847 - West Orange, 1931) Inventor norteamericano, el más genial de la era moderna. Junto a la trascendencia de sus invenciones, que se tradujeron en una importante contribución al desarrollo de la Revolución Industrial en su país y a la mejora del bienestar y de las condiciones de vida de millones de personas, la figura de Edison sobresale como modelo de tenacidad, como ejemplo del valor del esfuerzo y del trabajo incesante por encima del talento innato y la inteligencia.El genio es un diez por ciento de inspiración y un noventa por ciento de transpiración» es quizá su frase más célebre.

Thomas Edison

La inteligencia del joven Edison, que era alérgico a la monotonía de la escuela, despertó gracias a su madre. El milagro se produjo tras la lectura de un libro que ella le proporcionó titulado Escuela de Filosofía Natural, de Richard Green Parker; tal fue su fascinación que quiso realizar por sí mismo todos los experimentos y comprobar todas las teorías que contenía. Ayudado por su madre, instaló en el sótano de su casa un pequeño laboratorio, convencido de que iba a ser inventor.

Un joven emprendedor

A los doce años, sin olvidar su pasión por los experimentos, consideró que estaba en su mano ganar dinero contante y sonante materializando alguna de sus buenas ocurrencias. Su primera iniciativa fue vender periódicos y chucherías en el tren que hacía el trayecto de Port Huron a Detroit. Había estallado la Guerra de Secesión y los viajeros estaban ávidos de noticias. Edison convenció a los telegrafistas de la línea férrea para que expusieran en los tablones de anuncios de las estaciones breves titulares sobre el desarrollo de la contienda, sin olvidar añadir al pie que los detalles completos aparecían en los periódicos.

Esos periódicos los vendía el propio Edison en el tren, y no hay que decir que se los quitaban de las manos. Al mismo tiempo compraba sin cesar revistas científicas, libros y aparatos, y llegó a convertir el vagón de equipajes del convoy en un nuevo laboratorio. Aprendió a telegrafiar y, tras conseguir a bajo precio y de segunda mano una prensa de imprimir, comenzó a publicar un periódico por su cuenta, el Weekly Herald.

En los años siguientes, Edison peregrinó por diversas ciudades desempeñando labores de telegrafista en varias compañías y dedicando su tiempo libre a investigar. En Boston construyó un aparato para registrar automáticamente los votos y lo ofreció al Congreso. Los políticos consideraron que el invento era tan perfecto que no cabía otra posibilidad que rechazarlo. Ese mismo día, Edison tomó dos decisiones. En primer lugar, se juró que jamás inventaría nada que no fuera, además de novedoso, práctico y rentable. En segundo lugar, abandonó su carrera de telegrafista. Acto seguido formó una sociedad y se puso a trabajar.

Edison junto a su fonógrafo (1878)

Perfeccionó el telégrafo automático, inventó un aparato para transmitir las oscilaciones de los valores bursátiles, colaboró en la construcción de la primera máquina de escribir y dio aplicación práctica al teléfono mediante la adopción del micrófono de carbón. Su nombre empezó a ser conocido, sus inventos ya le reportaban beneficios y Edison pudo comprar maquinaria y contratar obreros. Para él no contaban las horas. Era muy exigente con su personal y le gustaba que trabajase a destajo, con lo que los resultados eran frecuentemente positivos.

Del fonógrafo a la bombilla eléctrica

A los veintinueve años compró un extenso terreno en la aldea de Menlo Park, cerca de Nueva York, e hizo construir allí un nuevo taller y una residencia para su familia. Edison se había casado a finales de 1871 con Mary Stilwell; la nota más destacada de la boda fue el trabajo que le costó al padrino hacer que el novio se pusiera unos guantes blancos para la ceremonia. Ahora debía sostener un hogar y se dedicó, con más ahínco si cabe, a trabajos productivos.

Su principal virtud era sin duda su extraordinaria capacidad de trabajo. Cualquier detalle en el curso de sus investigaciones le hacía vislumbrar la posibilidad de un nuevo hallazgo. Recién instalado en Menlo Park, se hallaba sin embargo totalmente concentrado en un nuevo aparato para grabar vibraciones sonoras. La idea ya era antigua e incluso se había logrado registrar sonidos en un cilindro de cera, pero nadie había logrado reproducirlos.

Edison trabajó día y noche en el proyecto y al fin, en agosto de 1877, entregó a uno de sus técnicos un extraño boceto, diciéndole que construyese aquel artilugio sin pérdida de tiempo. Al fin, Edison conectó la máquina. Todos pudieron escuchar una canción que había entonado uno de los empleados minutos antes. Edison acababa de culminar uno de sus grandes inventos: el fonógrafo. Pero no todo eran triunfos; muchas de las investigaciones iniciadas por Edison terminaron en sonoros fracasos. Cuando las pruebas no eran satisfactorias, experimentaba con nuevos materiales, los combinaba de modo diferente y seguía intentándolo.

Patente de la bombilla y uno de los primeros modelos

En abril de 1879, Edison abordó las investigaciones sobre la luz eléctrica. La competencia era muy enconada y varios laboratorios habían patentado ya sus lámparas. El problema consistía en encontrar un material capaz de mantener una bombilla encendida largo tiempo. Después de probar diversos elementos con resultados negativos, Edison encontró por fin el filamento de bambú carbonizado.

Inmediatamente adquirió grandes cantidades de bambú y, haciendo gala de su pragmatismo, instaló un taller para fabricar él mismo las bombillas. Luego, para demostrar que el alumbrado eléctrico era más económico que el de gas, empezó a vender sus lámparas a cuarenta centavos, aunque a él fabricarlas le costase más de un dólar; su objetivo era hacer que aumentase la demanda para poder producirlas en grandes cantidades y rebajar los costes por unidad. En poco tiempo consiguió que cada bombilla le costase treinta y siete centavos: el negocio empezó a marchar como la seda.

El valor de un genio

Su fama se propagó por el mundo a medida que la luz eléctrica se imponía. Edison, que tras la muerte de su primera esposa había vuelto a casarse, visitó Europa y fue recibido en olor de multitudes. De regreso en los Estados Unidos creó diversas empresas y continuó trabajando con el mismo ardor de siempre. Todos sus inventos eran patentados y explotados de inmediato, y no tardaban en producir beneficios sustanciosos.

Samuel F. B. Morse

Artista estadounidense que inventó el primer sistema eficaz de telégrafo electromagnético (Charlestown, Massachusetts, 1791 - Nueva York, 1872). Era hijo del clérigo protestante Jedidiah Morse, que fue uno de los geógrafos más importantes de América en los años posteriores a la independencia. Se graduó en la Universidad de Yale en 1810 y se orientó hacia la pintura, estableciendo su estudio en Nueva York; su cuadro más conocido es un retrato de La Fayette que pintó en 1825.

Samuel Morse

De regreso de un viaje a Europa en 1832, oyó hablar de la posibilidad de transmitir impulsos eléctricos a través de cables; desde entonces compaginó su interés por utilizar este medio para enviar mensajes inteligibles con su carrera artística y con una incursión ocasional en la política municipal neoyorquina (en defensa de sus ideas contra la inmigración, los católicos y la diversidad étnica).

Como profesor de Bellas Artes en la Universidad de Nueva York entró en contacto con expertos en electromagnetismo, que le pusieron al corriente del estado de la técnica. En 1837 consiguió un socio que le aportó ayuda técnica y financiera para desarrollar un sistema de telégrafo con el que transmitir mensajes en un código de puntos y rayas de su invención (el alfabeto Morse). En 1843 consiguió la patente y el Congreso norteamericano aprobó la construcción de una línea experimental entre Washington y Baltimore.

El alfabeto Morse

El éxito obtenido en la primera prueba de 1844 dio paso a la extensión del telégrafo como medio de comunicación por todo el mundo, haciendo a Morse rico y famoso. Se dedicó el resto de su vida a financiar obras culturales y benéficas, al tiempo que se defendía en las polémicas sobre la paternidad del invento.

Nikola Tesla

(Smiljan, actual Croacia, 1856 - Nueva York, 1943) Físico estadounidense de origen serbio. Estudió en las universidades de Graz (Austria) y Praga. Después de haber trabajado en varias industrias eléctricas en París y en Budapest, se trasladó a Estados Unidos (1884), donde trabajó a las órdenes de Thomas A. Edison, entonces partidario de la corriente eléctrica continua.

Nikola Tesla

Las incesantes disputas con Edison forzaron su abandono de la compañía y su asociación con George Westinghouse, quien compró las patentes de su motor y de un transformador que facilitaba la distribución de este tipo de corriente hacia los usuarios finales. Ambos ganaron la batalla de la distribución de la energía, pues el transporte de corriente alterna es más barato y sencillo que el de continua. En 1893 su sistema fue adoptado por la central hidroeléctrica situada en las cataratas del Niágara.

Tesla fundó en Nueva York un laboratorio de investigaciones electrotécnicas, donde descubrió el principio del campo magnético rotatorio y los sistemas polifásicos de corriente alterna. Creó el primer motor eléctrico de inducción de corriente alterna y otros muchos ingenios eléctricos como el llamado montaje Tesla, un transformador de radiofrecuencia en el que primario y secundario están sintonizados, de utilidad a la hora de preseleccionar la entrada de un receptor radioeléctrico. Predijo la posibilidad de realizar comunicaciones inalámbricas con antelación a los estudios llevados a cabo por Marconi, y en su honor se denomina tesla a la unidad de medida de la intensidad del flujo magnético en el sistema internacional.

Sus invenciones y patentes se sucedieron con cierta rapidez. En 1887, y como consecuencia del descubrimiento llevado a cabo por John Hopkinson en 1880, según el cual tres corrientes alternas y desfasadas entre sí pueden ser trasladadas de manera más sencilla que una corriente alterna normal, Tesla inventó el motor de inducción de corriente trifásica.

En ese motor las tres fases actúan sobre el inducido de forma que se logra que éste gire al generarse un campo magnético rotatorio. No obstante, el rotor se movía con un cierto retraso respecto a la frecuencia de la corriente. Basándose en este invento, el sueco Ernst Danielson creó en 1902 el motor sincrónico, en el que sustituyó el material del inducido, que no era magnético, por un imán permanente o electroimán, lo que le permitió conseguir un motor que rotaba con un número de revoluciones por minuto igual a las de la frecuencia de la corriente.

En 1891 Tesla inventó la bobina que lleva su nombre, que consiste en un trasformador que consta de un núcleo de aire y con espirales primaria y secundaria en resonancia paralela. Con esta bobina fue capaz de crear un campo de alta tensión y alta frecuencia. Dos años después descubrió el fenómeno de carácter ondulatorio denominado "luz de Tesla" en las corrientes alternas de alta tensión y alta frecuencia; mediante el estudio de estas corrientes, observó que las lámparas de incandescencia de un único polo emiten luz cuando se las aproxima a un conductor por el que pasa corriente eléctrica, y que los tubos de vidrio vacíos brillan aunque carezcan de electrodo si se les conecta por uno de sus extremos y se aproxima el otro a un conductor por el que fluye corriente de alta frecuencia. También se percató de que el cuerpo humano es capaz de conducir estas corrientes de alta frecuencia sin experimentar daño alguno.