Miguel Ángel Sabadell - Maxwell. La síntesis electromagnética

MIGUEL ÁNGEL SABADELL es físico y divulgador. Es editor técnico de revistas de divulgación científica y ha asesorado a organismos tales como la Expo 2008, el Centro de Astrobiología (INTA-CSIC), vinculado a la NASA, y la European Space Agency (ESA).

Título original: Maxwell. La síntesis electromagnética

Miguel Ángel Sabadell, 2013

Diseño de cubierta: Skynet & Budapest

Editor digital: Skynet

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Cuando en la segunda mitad del siglo XVIII Lavoisier presentó una lista de los elementos que componían el mundo, los dividió en cuatro grupos. Por un lado estaban los metales, como el plomo o el hierro —de los que identificó 17—; por otro, las «tierras»: silicio, magnesio, calcio y aluminio; también estaba el grupo de aquellos elementos que por oxidación producen ácidos, como el azufre, el fósforo y el carbono; y finalmente el grupo del oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno, junto con dos sustancias sin peso, los imponderables: la luz y el calórico. A ambos habría que añadir también el éter, fluido sutil que llenaba el espacio y permitía a la luz viajar por él, y los fluidos eléctrico y magnético. Los cinco se mantendrían como sustancias enigmáticas, ambiguas e inaccesibles hasta bien entrado el siglo XIX. «Son los imponderables, el calor, la electricidad y el amor, quienes gobiernan el mundo», escribiría en 1858 el médico y fino humorista americano Oliver Wendell Holmes.

A mediados del siglo XIX, todo eso cambió. El calórico, la sustancia que se suponía era la responsable de que los objetos se calentaran, desapareció de los libros de física gracias al esfuerzo de numerosos científicos: Benjamín Thompson, James Joule, William Thomson, Hermann von Helmholtz… Pero la desaparición de las sustancias eléctrica y magnética se debe, ante todo, al trabajo de una única persona, James Clerk Maxwell. Es cierto que Maxwell se sostuvo en hombros de gigantes como el gran Michael Faraday, pero la revolución conceptual a la que nos condujo y que abrió las puertas a la física del siglo XX fue un logro exclusivamente suyo. No en vano Albert Einstein escribió: «Una época científica terminó y otra comenzó con James Clerk Maxwell».

Su teoría electromagnética, resumida en las cuatro famosas leyes de Maxwell, se mantiene como uno de los pilares de nuestro conocimiento del universo. De hecho, la teoría de la relatividad surge en parte por la imposibilidad de reconciliar la teoría electromagnética de Maxwell con la mecánica de Newton. Había que escoger entre una u otra, y Einstein optó por contradecir a Newton. Y no solo eso, sino que la teoría electromagnética que formuló en A Treatise on Electricity and Magnetism (1873) ha resistido los profundos cambios y revoluciones que sufrió la física durante el siglo XX. Hasta ese punto es una pieza fundamental en nuestra comprensión del mundo que nos rodea, desde las escalas más pequeñas, el mundo de los átomos, hasta el más grande, el de los cúmulos de galaxias. Sus ideas eran tan diferentes a lo que se había hecho hasta entonces que sus contemporáneos no sabían qué hacer con ellas; la mayoría de los científicos estaban desconcertados e incluso sus amigos más fieles creían que se estaba recreando en una fantasía. No era para menos: les estaba diciendo que el espacio que rodeaba a las cargas eléctricas y los imanes no estaba vacío, sino que contenía «algo» que le aportaba nuevas propiedades y cuyo efecto visible era la existencia de fuerzas eléctricas y magnéticas. Aún más, que cada vez que un imán vibraba o cambiaba una corriente eléctrica, se generaba una onda que se esparcía por el espacio del mismo modo que lo hacían las olas en un estanque tras arrojar una piedra. Y lo más asombroso de todo: esa onda era la luz. De este modo, de un plumazo, Maxwell unía bajo una misma formulación la electricidad, el magnetismo y la luz. No es extraño que ante semejante despliegue conceptual sus colegas guardaran silencio. Únicamente en 1888, casi una década después de su muerte, su teoría electromagnética de la luz, tal como él la bautizó en 1864, fue aceptada. Y todo gracias a que uno de los mejores físicos alemanes de entonces, Hermann von Helmholtz, propuso a la Academia de Ciencias de Berlín que ofreciera un premio a quien demostrara experimentalmente que la teoría de Maxwell era correcta. Hoy, su enfoque del problema del electromagnetismo se ha convertido en la manera en que los físicos estudian el resto de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, y junto con su trabajo sobre la cinética de los gases abrió las puertas a las dos grandes revoluciones científicas del siglo XX: la relatividad y la teoría cuántica.

Solo esto bastaría para que su nombre apareciera con brillantes luces de neón en la historia de la ciencia. Sin embargo, Maxwell hizo mucho más. Fue el primero en establecer una teoría cuantitativa del color y explicó cómo se podía generar cualquier luz de cualquier color a partir de tres primarios —el rojo, el verde y el azul—, cosa que comprobamos todos los días al encender la televisión; hizo la primera fotografía en color de la historia; demostró que los anillos de Saturno están formados por miríadas de aerolitos; introdujo los métodos estadísticos en la física creando toda una nueva disciplina que recibe el nombre de, a la sazón, física estadística, que se ocupa del estudio de la materia; puso las bases de la teoría cinética de los gases, que explica el comportamiento de un gas a partir del movimiento de las moléculas que lo componen, y relacionó la velocidad y la energía que transporta cada partícula con sus propiedades macroscópicas, como la temperatura o la presión; y también colaboró en el diseño y fue el primer director del laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, el centro que, en la actualidad, atesora el mayor número de premios Nobel. Por todo ello, Maxwell es merecedor de subir al podio de la física junto con Newton y Einstein, aunque muy pocas personas conozcan su nombre y su hazaña intelectual.