Introducción a la teoría de la información: Símbolos, señales y ruido de John R. Pierce, dice lo siguiente:
Aunque la linealidad es una propiedad verdaderamente asombrosa de la naturaleza, no es en absoluto rara. Todos los circuitos formados por resistencias, condensadores e inductancias, de los que hablamos en el Capítulo I en relación con la teoría de redes, son lineales, al igual que las líneas telegráficas y los cables. De hecho, normalmente los circuitos eléctricos son lineales, excepto cuando incluyen tubos de vacío, transistores o diodos.
Como los hilos telegráficos son lineales, es decir, como los hilos telegráficos son tales que las señales eléctricas que los recorren se comportan de forma independiente sin interactuar entre sí, dos señales telegráficas pueden viajar en direcciones opuestas por el mismo hilo al mismo tiempo sin interferir entre sí. Sin embargo, aunque la linealidad es un fenómeno bastante común en los circuitos eléctricos, no es en absoluto un fenómeno natural universal. Dos trenes no pueden viajar en direcciones opuestas por la misma vía sin interferirse. Aunque es de suponer que podrían hacerlo si todos los fenómenos físicos que comprenden los trenes fueran lineales. El lector podría especular sobre la desdichada suerte de una raza de seres verdaderamente lineales.
Pensando en esto desde una perspectiva física, me preguntaba cómo es que los cables telegráficos son lineales, en el sentido de que dos señales telegráficas (en otras palabras, dos corrientes eléctricas) pueden viajar en direcciones opuestas en el mismo cable, al mismo tiempo, sin interferir entre sí?
Pensaba ingenuamente que el cable era una carretera de un solo carril y de doble sentido. En esta analogía, los coches podrían circular en ambos sentidos, pero no al mismo tiempo. Según tengo entendido, en los sólidos, el movimiento de los electrones produce una corriente eléctrica, por lo que los electrones serían los coches. Dada la explicación del autor sobre la linealidad, ¿qué ocurre aquí con los electrones que permite este flujo simultáneo y bidireccional de la corriente?
No he encontrado nada en el Página de Wikipedia sobre circuitos lineales que aclara esta propiedad física de la linealidad.
Agradecería mucho que la gente se tomara la molestia de aclararlo.
P.D. No tengo formación en ingeniería eléctrica, así que se agradece una explicación redactada en términos básicos.
EDIT: Basándome en los comentarios del hilo anterior, entiendo que mi analogía sería más precisa si represento a los electrones como coches de choque de doble cara, y luego imagino el carril de doble sentido que habitan como lleno de estos coches, de modo que los movimientos en cualquier dirección (corriente eléctrica en cualquier dirección) se representa por un movimiento secuencial de "empuje\/push", como una ola, que se perpetúa por cada coche "chocando/empujando" contra el que está "delante" de él (en la dirección de la corriente).
EDIT 2: Veo muchas respuestas que me están diciendo que el núcleo de mi malentendido proviene del hecho de que asumo que la corriente eléctrica y la señal son la misma cosa. Y estas respuestas son correctas, yo fue asumiendo que la corriente eléctrica y la señal son la misma cosa, porque el autor sigue dando a entender que son la misma cosa en el texto (¡o no distingue claramente entre ambas cosas!). Véanse los siguientes extractos del mismo capítulo:
Mientras Morse trabajaba con Alfred Vail, se abandonó la antigua codificación, y en 1838 ya se había ideado lo que hoy conocemos como código Morse. En este código, las letras del alfabeto se representan mediante espacios, puntos y rayas. El espacio es la ausencia de corriente eléctrica, el punto es una corriente eléctrica de corta duración y la raya es una corriente eléctrica de mayor duración.
$$\vdots$$
La dificultad que encontró Morse con su cable subterráneo siguió siendo un problema importante. Diferentes circuitos que conducen igual de bien una corriente eléctrica constante no son necesariamente igual de adecuados para la comunicación eléctrica. Si se envían puntos y rayas demasiado deprisa por un circuito subterráneo o submarino, se juntan en el extremo receptor. Como se indica en la Figura II-1, cuando enviamos una ráfaga corta de corriente que se enciende y se apaga bruscamente, recibimos en el extremo opuesto del circuito una subida y bajada de corriente más larga y suave. Este flujo de corriente más largo puede solaparse con la corriente de otro símbolo enviado, por ejemplo, como ausencia de corriente. Así, como se muestra en la Figura II-2, cuando se transmite una señal clara y definida, puede recibirse como una subida y bajada de corriente vagamente errante y difícil de interpretar.
Por supuesto, si hacemos que nuestros puntos, espacios y rayas sean lo suficientemente largos, la corriente en el extremo lejano seguirá mejor a la corriente en el extremo emisor, pero esto ralentiza la velocidad de transmisión. Está claro que, de alguna manera, hay asociada a un circuito de transmisión determinado una velocidad límite de transmisión para los puntos y los espacios. En el caso de los cables submarinos, esta velocidad es tan lenta que molesta a los telegrafistas; en el caso de los cables en postes, es tan rápida que no molesta a los telegrafistas. Los primeros telegrafistas eran conscientes de esta limitación, que también se encuentra en el corazón de la teoría de la comunicación.
Incluso frente a esta limitación de velocidad, se pueden hacer varias cosas para aumentar el número de cartas que se pueden enviar por un circuito determinado en un periodo de tiempo dado. Una raya tarda tres veces más en enviarse que un punto. Pronto se vio que se podía ganar con la telegrafía de doble corriente. Podemos entenderlo imaginando que en el extremo receptor hay un galvanómetro, un dispositivo que detecta e indica la dirección del flujo de pequeñas corrientes, conectado entre el cable telegráfico y tierra. Para indicar un punto, el emisor conecta el borne positivo de su batería al cable y el negativo a tierra, y la aguja del galvanómetro se mueve hacia la derecha. Para enviar una raya, el emisor conecta el polo negativo de su pila al cable y el polo positivo a la masa, y la aguja del galvanómetro se mueve hacia la izquierda. Decimos que una corriente eléctrica en una dirección (dentro del cable) representa un punto y una corriente eléctrica en la otra dirección (fuera del cable) representa una raya. La ausencia total de corriente (batería desconectada) representa un espacio. En la telegrafía de doble corriente real, se utiliza un tipo diferente de instrumento receptor.
En la telegrafía de corriente simple tenemos dos elementos a partir de los cuales construir nuestro código: corriente y ausencia de corriente, que podríamos llamar 1 y 0. En la telegrafía de doble corriente tenemos realmente tres elementos, que podríamos caracterizar como corriente de avance, o corriente que entra en el cable; ausencia de corriente; corriente de retroceso, o corriente que sale del cable; o como +1, 0, -1. Aquí el signo + o - indica la dirección del flujo de corriente y el número 1 da la magnitud o fuerza de la corriente, que en este caso es igual para el flujo de corriente en cualquier dirección.
En 1874, Thomas Edison fue más allá; en su sistema telegráfico cuádruplex utilizó dos intensidades de corriente, así como dos direcciones de corriente. Utilizaba cambios en la intensidad, independientemente de los cambios en la dirección del flujo de corriente, para enviar un mensaje, y cambios en la dirección del flujo de corriente, independientemente de los cambios en la intensidad, para enviar otro mensaje. Si suponemos que las corrientes difieren por igual entre sí, podríamos representar las cuatro condiciones diferentes de flujo de corriente por medio de las cuales se transmiten los dos mensajes a través de un circuito simultáneamente como +3, +1, -1, -3. La interpretación de estas condiciones en el extremo receptor se muestra en la Tabla I.
La figura II-3 muestra cómo los puntos, rayas y espacios de dos mensajes simultáneos e independientes pueden representarse mediante una sucesión de los cuatro valores de corriente diferentes.
Evidentemente, la cantidad de información que se puede enviar a través de un circuito depende no sólo de la rapidez con la que se pueden enviar símbolos sucesivos (valores de corriente sucesivos) a través del circuito, sino también del número de símbolos diferentes (valores de corriente diferentes) entre los que se puede elegir. Si tenemos como símbolos sólo las dos corrientes +1 o 0 o, lo que es igual de efectivo, las dos corrientes +1 y - 1, podemos transmitir al receptor sólo una de las dos posibilidades a la vez. Hemos visto anteriormente, sin embargo, que si podemos elegir entre cualquiera de los cuatro valores de corriente (cualquiera de los cuatro símbolos) a la vez, como +3 o + 1 o - 1 o - 3, podemos transmitir por medio de estos valores de corriente (símbolos) dos informaciones independientes: si queremos decir un 0 o un 1 en el mensaje 1 y si queremos decir un 0 o un 1 en el mensaje 2. Así, para una velocidad dada de envío de símbolos sucesivos, el uso de cuatro valores de corriente nos permite enviar dos mensajes independientes, cada uno tan rápido como dos valores de corriente nos permiten enviar un mensaje. Podemos enviar el doble de letras por minuto utilizando cuatro valores de corriente que utilizando dos valores de corriente.
Y este libro de texto no presupone ningún conocimiento previo de física o ingeniería eléctrica, por lo que parece poco probable que los lectores sean capaces de diferenciar entre señal y corriente eléctrica, sobre todo teniendo en cuenta que el autor parece insinuar constantemente que son lo mismo (o no logra, de ninguna manera clara, separar las dos para las personas sin esa formación).
