Terminamos con este post todo lo relacionado con el descubrimiento del electromagnetismo, la formulación de sus leyes y la creación física de las ondas electromagnéticas. Unos hechos en los que nos hemos detenido por su relación con la creatividad humana, con la racionalidad científica y con el papel del cerebro y la mente del hombre en el descubrimiento de la naturaleza del universo en el que habita. Seguiremos en los próximos analizando la gran revolución de la electricidad y el electromagnetismo, pero lo haremos más deprisa, ya que gran parte de lo realizado a partir de Faraday , Maxwell y Hertz y los muchos otros científicos que los acompañaron en sus explicaciones, es de carácter tecnológico o práctico.
James Clerk Maxwell (1831- 1879), al que hemos mencionado repetidas veces en los últimos posts, y con el que terminábamos el inmediatamente anterior al presente, por no ir más lejos, nació en Edimburgo (Escocia) en una familia acomodada que no tuvo problemas para darle una educación formal avanzada. Todo lo contrario del otro genio utilizado ampliamente en todo lo relacionado con el electromagnetismo, Michael Faraday.
Demostró muy pronto ser un matemático excepcional y a los veintiocho años fue contratado como profesor asistente de la Universidad de Cambridge. Allí contó pronto con el apoyo de otro escocés ilustre, William Thomson (1824-1907), posteriormente nombrado barón Kelvin. Lord Kelvin, al que también se ha mencionado en este blog, desarrolló una labor muy relevante en los terrenos de la termodinámica, el electromagnetismo y las telecomunicaciones, en esta última con énfasis en sus aplicaciones prácticas. Sugirió que Maxwell, dado su talento para las matemáticas, podía trabajar en la interpretación y unificación de los muchos fenómenos demostrados por Faraday en sus experimentos (Ver Derek Cheung y Eric Brach).
En 1862, cuando Maxwell tenía 31 años y cuando ya acumulaba algunos trabajos relevantes, la Royal Society siguiendo las recomendaciones de Thomson, comisionó a Maxwell para que explicara, diera unidad teórica y encontrara las leyes del electromagnetismo. Lo primero que hizo fue conocer a fondo las obras de Ampère, Gauss, Lord Kelvin, y por supuesto, el propio Faraday, que para entonces tenía ya 71 años. Con éste último tuvo largas conversaciones en las que le transmitió toda su experiencia.
Once años más tarde, en 1973, publicó un libro clásico del electromagnetismo: A Treatise on Electricity and Magnetism. Aparecían en él las veinte ecuaciones iniciales que luego fueron resumidas en cuatro. No tenemos tiempo de verlas en detalle ni explicarlas, ni este blog es el lugar más adecuado para ello, pero si queremos incluirlas en sus dos formas más conocidas.
Conviene decir también que Maxwell no inventó exactamente las leyes sino que utilizó las que habían formulado diversos científicos antes que él, las perfeccionó y les dio unidad como base de la teoría general del electromagnetismo que formuló. A su obra en este terreno se la ha denominado la “segunda gran unificación en Física”, después de la primera realizada por Isaac Newton. Se apoyó de hecho en las llamadas:
- Ley de Gauss
- Ley de Gauss para el campo magnético
- Ley de Faraday-Lenz
- Ley de Ampère generalizada
Todo está escrito desde hace tiempo en manuales diversos y enciclopedias pero hoy se pue ver también todo en Wikipedia.
Maxwell hizo otras aportaciones destacadas a la ciencia, especialmente a la Termodinámica, expresión que al parecer utilizó él por primera vez. Formuló la teoría cinética de los gases. Trabajó en una teoría del color y la visión. Y creó la teoría nebular actual de la formación del sistema solar.
En cuanto a su teoría sobre el electromagnetismo todo lo que se deducía de ella resultaba espectacular, desde la unificación de todas las ondas electromagnéticas, incluida la luz, hasta la existencia de ondas de más y menos longitud de onda de las que el hombre puede percibir, el sorprendente resultado de que todas viajan a la velocidad de la luz y la increíble deducción de que se transmitirían de la misma forma en el aire y en el vacío.
No resulta extraño, y esto está relacionado con nuestro interés en este blog por el pensamiento y la racionalidad científica, que sus ideas resultaran en su tiempo revolucionarias y que no fueran aceptadas por muchos científicos de la época a pesar del rigor de las explicaciones de Maxwell. Hubo muchas dudas sobre esas otras “clases de luz” no visibles y sobre su sentido, y aparecieron muchos detractores.
Los científicos partidarios de su teoría, sin embargo, se organizaron enseguida en Inglaterra para demostrarla y para descubrir y crear las ondas electromagnéticas anunciadas por él y sus ecuaciones.
No fue en Inglaterra donde se produjo tal descubrimiento sino en Alemania, quince años después, en 1988, y de la mano de un físico también genial como fue Heinrich Rudolf Hertz (1857 – 1894). Tras el desmantelamiento de la teoría del éter, ocurrido por primera vez en 1881 y demostrado contundentemente en 1887 por el experimento de Michelson y Morley, Hertz probó experimentalmente que las ondas electromagnéticas podían viajar en el aire y en el vacío, tal como habían predicho Maxwell y Faraday. Calculó además la velocidad de tales ondas en el aire y se acercó a la de 300.000 Km/s establecida por Maxwell. Y más importante aún, construyó el primer emisor ondas electromagnéticas formado por un emisor, constituido por un oscilador, y un receptor, constituido por un resonador.
Hertz consiguió con su aparato generar ondas electromagnéticas fuera del rango de frecuencias visibles para el hombre, es decir, ondas del tipo de las que había predicho Maxwell y en las que casi nadie podía creer en su época. Generó ondas de un metro de longitud de onda, las cuales corresponden al espectro de la radiofrecuencia, motivo por el que en general a dichas ondas se las llama “ondas hertzianas”. Demostró no obstante que las ondas de radio son iguales que las ondas de luz, salvo en la longitud de onda, confirmando así, de nuevo, las predicciones de Maxwell.
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- Derek Cheung y Eric Brach, Conquering the Electron, Rowman & Littlefield, Nueva YorK, 2011