Las ecuaciones de Maxwell son consideradas como uno de los trabajos más importantes de la Física, no sólo por su clarividencia para ordenar un nuevo campo que estaba todavía dando sus primeros pasos ―el del electromagnetismo― sino también por su belleza. Y, curiosamente, fue esa belleza situada primeramente en el ámbito de lo matemático lo que dio pie a pensar que pudiera darse un fenómeno hasta entonces desconocido en la realidad, el cual expresaría esa simetría, tan bellamente expuesta mediante herramientas matemáticas, en la realidad material.
James Clerk Maxwell puede situarse en el cuarto puesto de una pequeña serie de grandes figuras asociadas a la ciencia de la electricidad. Según Louis de Broglie, los otros tres debían ser Volta, Ampère y Gauss. Estos cuatro científicos hicieron distintas aportaciones a la Física que, a la postre, se convirtieron en verdaderos hitos de la misma. Es curioso, por otro lado, cómo, cada uno de ellos responde a una personalidad muy distinta. Alexandre Volta, modesto y desinteresado, lúcido de espíritu; André-Marie Ampère, con una vida agitada y frecuentemente desdichada, con conocimientos y experiencia en ámbitos de conocimiento tan distintos al científico como el literario; Karl Friedrich Gauss, infatigable trabajador, metódico y calculador; y, finalmente, Maxwell, con su carácter sereno, pacífico, distanciado prudentemente de la agitación de una vida social que le distraía de sus inquietudes científicas. Cada uno de ellos, con sus personalidades tan distintas, fueron construyendo un edificio que abrió las puertas al planteamiento actual de la Física contemporánea.
La importancia de Volta estriba en que, gracias a sus
estudios sobre los fenómenos electrostáticos (que ya eran conocidos) y sobre
las corrientes eléctricas, se pudo dar como inaugurada una nueva ciencia, la ciencia eléctrica, cuyas bases fueron
establecidas precisamente gracias a su trabajo. Efectivamente, Volta se unió a
los primeros investigadores que trabajaban sobre los fenómenos electrostáticos,
y fue el primero en poner de manifiesto la electricidad en circulación, así
como en poder producirla a voluntad. No olvidemos que la primera pila eléctrica
se la debemos al modesto Volta. Un buen apoyo fue el descubrimiento de Galvani,
quien observó cómo la electricidad circulaba a través de unas ancas de rana, lo
cual, por otra parte, tuvo una consecuencia importantísima para el conocimiento
del sistema nervioso.
Una vez sentadas estas bases, el genio de Ampère propició un
agigantado avance; tuvo el acierto de maridar la incipiente ciencia de la
electricidad con un fenómeno tan antiguo como misterioso: el del magnetismo.
Aunque ya se barruntaba de algún modo que magnetismo y electricidad estaban
emparentados, tuvo que llegar este científico para clarificar y establecer su
relación. La nueva ciencia de la electricidad fue rebautizada entonces como electromagnetismo. Se apoyó a su vez en
el descubrimiento de Oersted, quien ya en 1819 observó como una aguja imantada
se reorientaba cuando se le acercaba a un hilo por el cual circulaba una
corriente eléctrica; descubrimiento que el propio Oersted no supo leer en toda
su profundidad y posibilidades. No así Ampère quien, al siguiente año, ya
estableció las ecuaciones que describían cómo una corriente eléctrica generaba
un campo magnético, así como los efectos de las corrientes sobre los campos magnéticos. Tan sólo le faltó un empujón para poder generar electricidad a
partir de los campos magnéticos, descubrimiento que a él se le escapó porque no
alcanzó a leer tampoco todas las posibilidades de su trabajo. Ampère relacionó los fenómenos eléctricos con la presencia de campos magnéticos, pero no supo ver cómo la variación de los campos magnéticos generaba fenómenos eléctricos; Faraday, sin
embargo, sí (en 1831).
Sin duda Ampère realizó numerosas e importantes aportaciones, las cuales eran menesterosas de una mejor formulación matemática, trabajo que acometió Gauss. Démonos cuenta de que fueron años de creación de mucho conocimiento nuevo; aunque éste solía ir acompañado del correspondiente aparato matemático, era preciso darle una mejor forma, tarea que hemos de agradecer al matemático Gauss. Más conocido sin duda por sus aportaciones a las matemáticas puras, tuvo también una gran inquietud por el mundo de la física, del que era buen conocedor; y, hacia el fin de su vida, estuvo al tanto de los grandes avances en el recién conocido electromagnetismo. Estableció dos famosas leyes, una relacionada con el campo eléctrico y la otra con el magnético: la primera afirmaba que el flujo de campo eléctrico a través de cualquier superficie cerrada es igual a la cantidad de energía eléctrica que encierra dicha superficie, y la segunda que el flujo de campo magnético a través de cualquier superficie cerrada siempre es igual a cero. Aunque su trabajo no fue estrictamente físico, no cabe duda de su gran aportación para dar solidez a la novedosa ciencia. Pero su útil trabajo aun quedó un tanto abierto o confuso (no sé si es justo calificarlo así); como dice de Broglie, en la totalidad de su sistema se percibían algunos elementos de incoherencia.
Sería Maxwell, finalmente, quien sistematizaría elegantemente todas las formulaciones de Gauss. Maxwell realizó una síntesis magnífica de todo este trabajo; y lo hizo con una intuición asombrosa, que es la que da origen a este post. Con su gran clarividencia, se dio cuenta de que, para poder sistematizar todo el conocimiento adecuadamente, faltaba algo que no aparecía en las expresiones matemáticas hasta entonces. Esta falta dotaba de asimetría a los cálculos; para que dicha simetría se diera, era preciso añadir un elemento nuevo no considerado hasta entonces. Faraday descubrió la inducción magnética, es decir, que la variación de un campo magnético provocaba la aparición de un campo eléctrico y, consecuentemente, de una corriente en un conductor, pero no fue capaz de establecer dicha relación; sí Maxwell, gracias a la cual pudo dar coherencia simétrica a sus ecuaciones.
Se ponía de manifiesto algo así como una intimidad entre lo
magnético y lo eléctrico, como dos caras de una misma moneda. Fue entonces
cuando se le ocurrió pensar la luz como una perturbación de esos campos; o,
mejor dicho, como una perturbación del único campo electromagnético, situada en
un intervalo determinado de longitudes de onda.
Se cuestionaba así la existencia del éter; Faraday pensó que, en lugar del éter, lo que daba origen a la luz era el resultado de las variaciones de estos campos electromagnéticos, de las fuerzas eléctricas y magnéticas que interaccionaban de modo tan íntimo. Si la teoría eléctrica se veía aumentada con el magnetismo,
ahora la electromagnética hacía lo propio con la óptica. Desde entonces quedó
asumida la naturaleza electromagnética de la luz. Todo ello dio pie a una
revolución de la que todos nos estamos aprovechando. Si, efectivamente, la luz
era el resultado de las perturbaciones de unas determinadas longitudes de onda
del campo electromagnético, seguramente había más perturbaciones asociadas a
longitudes de onda distintas, bien más grandes, bien más pequeñas. Una década
después, Hertz descubrió las ondas que llevan su nombre, de longitudes de onda
superiores a las de la luz visible, lo que permitió la invención del telégrafo,
así como de la televisión y la telefonía inalámbrica.
Más adelante se investigó a la luz desde una perspectiva distinta: se descubrió al electrón, lo que dio pie al enfoque corpuscular de la luz; algo que ya fue predicho por Ampère, quien hablaba de que la corriente poseía una componente molecular, idea que no fue aceptada entonces. Gracias a todo ello, se empezó a descubrir el misterio de la conformación
de la materia, ¡así como el papel que los cuantos de energía juegan en sus
estructuras primarias! Si Volta levantara la cabeza…
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