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13 junio 2016

Maxwell y la reunificación matemática del mundo físico

Espacio | Física | Grandes Personajes | Historia | Matemáticas
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En agosto de 1857, la tripulación del Niágara zarpó de Irlanda dispuesta a dar un gran paso para la humanidad: tender un cable de telégrafo entre Europa y EEUU, con el que un mensaje cruzaría el Atlántico en un instante, en lugar de tardar varias semanas. Pero el cable se rompió en medio del océano. Ese fracaso inspiró uno de los típicos poemas de un matemático escocés de 26 años, James Clerk Maxwell (1831-1879), que empezaba así: «En el fondo del mar, en el fondo del mar; no me llega ninguna señal; en el fondo del mar, en el fondo del mar; algo seguro ha ido mal». No pudo evitar burlarse de un amigo que estaba trabajando en aquella aventura tecnológica, que culminó con éxito nueve años después.

Retrato de James Clerk Maxwell. Crédito: Popular Science

Lo que no sabía Maxwell es que sus trabajos sobre electricidad y magnetismo provocarían una revolución de las telecomunicaciones mucho mayor que aquel cable submarino. Aunque ése no era su objetivo. Él sólo estaba jugando con las leyes básicas de la física. Como cuando explicó, en un ensayo muy original, que los anillos de Saturno están formados por millones y millones de trozos sueltos. Sin sofisticados telescopios, Maxwell usó simplemente las matemáticas para demostrar que ésa era la única manera de que los anillos se mantuvieran estables. Así, cuando en 1980, más de 120 años después, la sonda espacial Voyager nos envió fotos detalladas de los anillos de Saturno, ningún científico se sorprendió al ver girando partículas de polvo, piedras y enormes rocas.

Gracias a sus experimentos para descubrir cómo la gente percibe los colores, logró hacer la primera fotografía en color, una combinación de tres imágenes: roja, verde y azul. Además, fue el encargado de montar en la Universidad de Cambridge un laboratorio de física experimental que llegó a ser el más puntero del mundo. Pero su proyecto más ambicioso fue pura teoría. Se había observado que la corriente eléctrica y los imanes estaban muy relacionados y Faraday lo había explicado mediante unas ideas muy intuitivas pero que no había sido capaz de traducir en fórmulas. Maxwell, uno de los pocos científicos que le creyó, recurrió de nuevo a sus habilidades matemáticas y en 1873 resumió las ideas de Faraday en cuatro ecuaciones, con las que se explican todos los fenómenos eléctricos y magnéticos: por ejemplo, que los polos de un imán no se pueden separar; o que al mover un imán genera electricidad, y viceversa.

Estatua de Maxwell en Edimburgo. Crédito: Dave Henniker

Las ecuaciones de Maxwell demostraron que electricidad y magnetismo son dos caras de la misma moneda, y también que la luz es esa moneda en movimiento. Combinando sus ecuaciones Maxwell predijo que, en determinados casos, los efectos de una carga eléctrica o de un imán llegarían a sentirse muy lejos, pues sus campos electromagnéticos podían viajar en forma de ondas y sus efectos; según sus cálculos, esas ondas iban a la velocidad de la luz, así que supuso que la luz era una onda electromagnética. Una década después de su muerte, Hertz comprobó en 1888 que existían otros tipos de ondas electromagnéticas además de la luz. Las ondas hertzianas tuvieron aplicación inmediata en la radio, luego en la televisión y hoy están detrás de la palabra de moda en informática: wireless (sin cables). Esas ondas fueron la prueba real de que Maxwell acertó en sus predicciones y de que, usando sólo herramientas matemáticas, había conseguido unificar la electricidad, el magnetismo y la óptica, una hazaña que inspiró a los grandes físicos del siglo XX. Siguiendo el ejemplo de Maxwell, Albert Einstein intentó en vano incorporar la fuerza de la gravedad a esa gran unificación de la física, un reto aún pendiente.

Francisco Doménech para Ventana al Conocimiento

@fucolin

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