En marzo de 1861, hace 150 años, un joven de 30 años de edad llamado James Clerk Maxwell publicó su primer artículo sobre una nueva teoría unificada de la electricidad y el magnetismo que hoy llamamos electromagnetismo; el artículo se titulaba “On Physical Lines of Force.” Maxwell, profesor en Aberdeen, Escocia, necesitó cuatro años de trabajo sobre la teoría de la inducción electromagnética de Faraday para obtener sus famosas ecuaciones. Maxwell utilizó una analogía mecánica (el campo electromagnético era como un fluido que se propagaba por el éter). Estas ecuaciones resumían un gran número de trabajos experimentales desarrollados durante el s. XIX e introducían un nuevo concepto, la corriente de desplazamiento. Durante el verano de 1861, Maxwell descubrió que su modelo mecánico permitía la propagación de ondas transversales; estimó su velocidad y el valor difería en un 1% del de la velocidad de la luz en el vacío. “Una coincidencia puramente numérica,” dijo Faraday en el otoño de 1861. Pero Maxwell fue más allá y tuvo la idea de que la luz podría ser una vibración del medio (el éter) responsable del electromagnetismo. Gracias a esta idea Maxwell pudo unificar la luz y el electromagnetismo. Nos lo ha contado Simon Schaffer, “The laird of physics,” Nature 471: 289–291, 17 March 2011, que revisa cómo Maxwell llegó a sus ecuaciones y cómo fueron acogidas en su época. La revista Nature celebra estos 150 años con recopilación de artículos que incluyen uno sobre el bosón de Higgs, la teoría electrodébil y el futuro de la unificación en la física escrito por M. Mitchell Waldrop, “News Feature: Physics: Unification + 150,” Nature 471: 286-288, 17 March 2011. Waldrop no nos aporta mucha información nueva, pero su artículo se deja leer. Volvamos a lo que nos cuenta Schaffer.
La teoría de Maxwell tardó bastante en ser aceptada. La ciencia y técnica británicas estaban preocupadas por los problemas del telégrafo y el desarrollo de la telegrafía submarina. Hasta su muerte en 1879, Maxwell se esforzó en convertir su modelo mecánico del campo electromagnético en la teoría final de la dinámica del electromagnetismo. Uno de sus críticos más severos fue Thomson (más conocido como Lord Kelvin), quien pensaba que las (complicadas) ecuaciones de Maxwell eran un paso hacia atrás a la hora de entender el electromagnetismo. Además, Thomson no entendía cómo se podían aplicar estas ecuaciones al problema acuciante de la telegrafía. Tras la muerte de Maxwell, en 1884, cuando ya se sabía cómo aplicar el electromagnetismo a la telegrafía, Thomson afirmó que él ya conocía la teoría electromagnética de la luz mucho antes que Maxwell gracias a sus estudios sobre la propagación de señales en cables submarinos. El físico irlandés George Francis Fitzgerald, uno de los jóvenes discípulos de Maxwell, defendió a su maestro contra los ataques de Thomson en la revista Nature.
Las fórmulas actuales con las que se escriben las ecuaciones de Maxwell no fueron publicadas hasta 25 años después del artículo original, gracias a la formulación vectorial que un joven telegrafista londinense llamado Oliver Heaviside publicó en 1885 en la revista The Electrician, una revista no científica para ingenieros eléctricos y hombres de negocios interesados en la telegrafía. Heaviside aplicó la teoría de Maxwell a la propagación de señales eléctricas en cables submarinos. De forma independiente, el joven físico alemán Heinrich Hertz también formuló las ecuaciones de Maxwell en su versión vectorial moderna. Por ello, alrededor de 1885, estas ecuaciones no se llamaban ecuaciones de Maxwell, sino ecuaciones de Hertz–Heaviside.
Más en este blog sobre este tema: “Por qué costó 23 años que se aceptara la teoría del electromagnetismo de Maxwell,” 15 agosto 2008; y “Oliver Heaviside: ¿Debo entender la digestión para poder disfrutar de una buena cena?,” 8 junio 2009.
La Ciencia de la Mula Francis
(Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear, Consolider-Ingenio 2010).
