“Un clásico de la Física: Maxwell y su experiencia vital”. Conferencia plenaria el 6 de julio en la celebración del 50 aniversario de SEDOPTICA

El viernes 6 de julio de 2018, durante la celebración del 50 Aniversario de la Sociedad Española de Óptica, impartí la conferencia plenaria “Un clásico de la Física: Maxwell y su experiencia vital” en el paraninfo de la Universitat Jaume I de Castellón.

El físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) es uno de los científicos más importantes de la historia de la ciencia y, sin embargo, es bastante desconocido para el gran público. Tomando como hilo conductor su artículo “A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field” publicado en 1865, se hace un recorrido a través de la vida y la ciencia de Maxwell, y se concluye con la “síntesis maxwelliana” que no sólo permitió unificar luz, electricidad y magnetismo, sino desarrollar la teoría de las ondas electromagnéticas, incluida la luz.

Los físicos estamos familiarizados con Maxwell, pero la mayoría de los no científicos cuando utilizan sus teléfonos móviles, escuchan la radio, ven la televisión, usan el mando a distancia, se conectan a una red Wifi o simplemente calientan sus alimentos en el microondas, probablemente no sepan que Maxwell es responsable de que esta tecnología sea posible. Es evidente que lo que hizo Maxwell afecta a cada día de nuestras vidas.

Hace poco más de 150 años, en 1865, Maxwell publicó el artículo “Una teoría dinámica del campo electromagnético” que contenía, nada más y nada menos, que las “ecuaciones de Maxwell”, la predicción teórica de la existencia de las “ondas electromagnéticas” y la “teoría electromagnética de la luz” y en el que, con la modestia que le caracterizaba, afirmaba:

“… parece que tenemos razones de peso para concluir que la propia luz (incluyendo el calor radiante y otras radiaciones, si las hay) es una perturbación electromagnética en forma de ondas que se propaga a través del campo electromagnético según las leyes del electromagnetismo”…

NO ESTABA EQUIVOCADO.

Con este trabajo Maxwell consigue la “síntesis” de la luz, la electricidad y el magnetismo. Esta “síntesis maxwelliana” es uno de los mayores logros de la Física, pues no sólo unificó los fenómenos luminosos, eléctricos y magnéticos, sino que permitió desarrollar toda la teoría de las ondas electromagnéticas, incluyendo la luz.

Con su teoría del campo electromagnético Maxwell logró unir en un mismo marco teórico la luz, la electricidad y el magnetismo. Esta “síntesis de Maxwell” marcó un hito importante en la historia de la unificación de las fuerzas físicas hasta tal punto que a finales del siglo XIX entre los físicos estaba extendida la opinión de que las leyes físicas ya estaban suficientemente comprendidas. Esta opinión condujo a la famosa afirmación del Premio Nobel de Física, Albert Michelson que en 1899 señaló:

“Ya no se realizarán más descubrimientos fundamentales; a lo sumo se perfeccionarán las determinaciones de las constantes físicas alcanzando la sexta cifra decimal”.

NADA MÁS LEJOS DE LA REALIDAD.

En los primeros años del siglo XX se produjeron dos cambios trascendentales en el paradigma de la física y de este cambio de paradigma es responsable la teoría del campo electromagnético de Maxwell, pues sentó las bases para dos de las ideas más revolucionarias surgidas a principios del siglo XX: la teoría de Planck de los cuantos de energía de 1900 que dio lugar a la teoría cuántica y con la teoría de la relatividad especial publicada por Einstein en 1905.

Es evidente que Maxwell abrió las puertas a la Física del siglo XX.

Aunque la obra de Maxwell fue majestuosa y extensa tuvo ciertas limitaciones, como la conciliación de la Mecánica de Newton y el Electromagnetismo de Maxwell, problema que fue resuelto finalmente por Einstein en 1905 con su Teoría de la Relatividad Especial. Tras los trabajos de Einstein, el éter luminífero –“ese espíritu sutilísimo” como lo denominaba Newton y que se había convertido en el centro de atención de la Física del siglo XIX– estaba muerto y enterrado. Las ondas electromagnéticas no requieren de un medio material para su propagación.

Y ya que he mencionado a Newton, éste escribió en 1676 a su rival Robert Hooke diciéndole: “si he logrado ver más lejos es porque he subido a hombros de gigantes”.

En 1931 en una visita de Einstein a Cambridge un periodista le dijo que él había llegado tan lejos porque se había subido a hombros de Newton. A lo que Einstein le replicó tajante:

“No, eso no es cierto. Yo estoy subido a hombros de Maxwell”.

Y en su artículo “La influencia de Maxwell en la evolución de la idea de la realidad física” publicado en 1931 con ocasión del centenario del nacimiento de Maxwell, Einstein señaló:

“una época científica acabó y otra empezó con Maxwell”,

“este cambio en la concepción de la realidad es el más profundo y fructífero que se ha producido en la física desde los tiempos de Newton”

y afirmó

“el trabajo de James Clerk Maxwell cambió el mundo para siempre”.

Frank Wilczek, Premio Nobel de Física por el descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte, en su libro publicado en 2015 “A beautiful question” afirma:

«La física moderna verdaderamente comienza en 1865 con el artículo de James Clerk Maxwell ‘Una teoría dinámica del campo electromagnético’».

MÁS INFORMACIÓN

A. Beléndez, “Mi clásico favorito: James Clerk Maxwell”, Revista Española de Física, vol. 30, No. 3: 62-73 (2016).

A. Beléndez, “La unificación electromagnética: 150 aniversario de las ecuaciones de Maxwell”, Mètode Nº 84, pp. 16-21, Invierno 2014/15.

J. M. Sánchez Ron, J. M. (ed.), J. C. Maxwell: Materia y movimiento (Crítica. Barcelona, 2006).

J. C. Maxwell, “A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field”, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 155: 459-512 (1865).

A. Einstein, “Maxwell’s Influence on the Development of the Conception of Physical Reality”. En J. J. Thomson, J. J. et al. James Clerk Maxwell: A Commemoration Volume 1831-1931 (University Press. Cambridge, 1931).

F. Wilczek, A Beautiful Question: Finding Nature’s Deep Design (Penguin Books USA, 2015).

About Augusto Beléndez

Catedrático de Física Aplicada en el Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la Universidad de Alicante. Miembro del Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías (IUFACyT) así como del Grupo de Investigación "Holografía y Procesado Óptico" (GHPO) y del Grupo de Innovación Tecnológica-Educativa "Física, Óptica y Telecomunicaciones" (GITE-FOT). Miembro de la RSEF y SEDOPTICA. Senior member de la OSA y Fellow member del SPIE. -- Full Professor of Applied Physics in the Department of Physics, Systems Engineering and Signal Theory at the University of Alicante (Spain). Member of the University Institute of Physics Applied to Sciences and Technologies (IUFACyT) as well as the Research Group "Holography and Optical Processing" (GHPO) and the Technological-Educational Innovation Group "Physics, Optics and Telecommunications" (GITE-FOT). Member of the RSEF and SEDOPTICA. OSA Senior member and SPIE Fellow.
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