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100Cias@Uned CORE Metadata, citation and similar papers at core.ac.uk Provided by Repositorio Institucional de la Universidad de Alicante 100cias@uned N.º 8 (2015) Vida Científica ISSN: 1989-7189 EFEMÉRIDES una prueba del Big Bang, y los logros de Kao en la transmisión de luz por fibras ópticas para comunicacio- nes, ambos de 1965. 150 AÑOS DE LA PUBLICACIÓN DE LA TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA DE LA LUZ TRES FENÓMENOS INDEPENDIENTES DE MAXWELL A comienzos del siglo XIX, luz, electricidad y magnetis- mo eran considerados tres fenómenos independientes INTRODUCCIÓN [4-6]. Mientras que el interés por la óptica estaba justi- Los físicos estamos familiarizados con Maxwell, pero la ficado por su aplicación en los instrumentos ópticos, los mayoría de los no científicos cuando utilizan sus teléfo- fenómenos eléctricos y magnéticos interesaban a los nos móviles, escuchan la radio, ven la televisión, usan el científicos, pero no al público en general al no haber mando a distancia, se conectan a una red Wifi o simple- dado lugar a aplicaciones prácticas. Sin embargo, como mente calientan sus alimentos en el microondas, es pro- se mostrará en este trabajo, todo cambió a partir de 1800 bable que no sepan que Maxwell es responsable de que cuando se pusieron “los pilares de la de la teoría electro- esta tecnología sea posible [1]. Es evidente que lo que magnética de la luz”. Se analizará el papel fundamental hizo Maxwell afecta a cada día de nuestras vidas. Hace de Young y Fresnel en la aceptación y desarrollo poste- 150 años, en 1865, Maxwell publicó el artículo titulado rior de la teoría ondulatoria de la luz; así como la “uni- “Una teoría dinámica del campo electromagnético” (A ficación electromagnética” iniciada por Oersted, Ampère dynamical theory of the electromagnetic field) [2] que y Faraday; para concluir con la “síntesis de Maxwell” de contenía las ecuaciones de Maxwell, la predicción teóri- la luz, la electricidad y el magnetismo, que dio lugar a la ca de la existencia de las ondas electromagnéticas y la “teoría electromagnética de la luz”. Esta “síntesis” es uno teoría electromagnética de la luz, y en el que concluía de los mayores logros de la Física, pues no sólo permitió [3]: unificar los fenómenos luminosos, eléctricos y magnéti- “… parece que tenemos razones de peso para con- cos, sino que también permitió desarrollar la teoría de cluir que la propia luz (incluyendo el calor ra- las ondas electromagnéticas, entre las cuales se incluye diante y otras radiaciones si las hay) es una per- la luz [3, 7]. turbación electromagnética en forma de ondas que se propagan según las leyes del electromag- HACIA LA TEORÍA ONDULATORIA DE LA LUZ netismo”. A finales del siglo XVII existían dos teorías enfrentadas Así pues, en 2015 se cumple el 150 aniversario de la sobre la naturaleza de la luz, la teoría ondulatoria defen- teoría electromagnética de la luz y éste es uno de los dida por Christian Huygens (1629-1695) y Robert Hooke acontecimientos que se conmemoran en el “Año interna- (1635-1703) y que suponía que la luz es un fenómeno cional de la luz y de las tecnologías basadas en la luz”, ondulatorio al igual que el sonido; y la teoría corpuscu- junto con otros hitos importantes en la ciencia de la luz lar a cuya cabeza se situó Isaac Newton (1643-1727), y como son la publicación del Libro de la Óptica de Alha- en la que la luz se suponía constituida por partículas cén en 1015, la teoría ondulatoria de la luz publicada por luminosas. Si se tiene en cuenta que Newton y Hooke Fresnel en 1815, la teoría de Einstein del efecto eran enemigos irreconciliables, no es difícil imaginar lo fotoeléctrico de 1905, el centenario de la incorporación que sucedió. Durante todo el siglo XVIII la teoría corpus- de la luz en la cosmología mediante la relatividad gene- cular de la luz gozó del favor de la mayoría de los cien- ral en 1915, también por Einstein, el descubrimiento de tíficos, fundamentalmente por el peso de la autoridad la radiación cósmica de fondo de microondas del cosmos científica de Newton, que cayó como una losa sobre la por Penzias y Wilson, ese eco del origen del Universo y teoría ondulatoria aplastando a sus partidarios [8]. 100cias@uned 12 Vida Científica Sin embargo, las cosas cambiaron a partir de 1801 tizó los conceptos de la teoría ondulatoria de Huygens y gracias a la demostración experimental del carácter on- el principio de interferencia de Young y analizó el fenó- dulatorio de la luz realizada por el inglés Thomas Young meno de la difracción, propio de las ondas, y que se (1773-1829) mediante su famoso “experimento de la do- presenta cuando una onda es distorsionada por un obs- ble rendija” (Figura 1), considerado como uno de los táculo. Fresnel dio rigor matemático a la teoría ondula- experimentos más bellos de la Física [9], y que demos- toria de la luz, cuyo segundo centenario también se con- traba el carácter ondulatorio de la luz al sufrir ésta el memora en este Año Internacional de la Luz. Su teoría fenómenos de las interferencias, propio de las ondas. En tuvo un gran éxito y dio lugar a una avalancha de nue- 1801 Young presentó ante la Royal Society el trabajo vos descubrimientos. Fresnel también estudió la polari- titulado “Sobre la teoría de la luz y los colores” y en zación de la luz, concluyó que las ondas luminosas eran 1803 “Experimentos y cálculos relativos a la óptica físi- transversales y desarrolló la teoría de la óptica de crista- ca” en el que demostraba experimentalmente la “ley ge- les. Al igual que Young adoptó el concepto de éter lumi- neral de la interferencia de la luz” y afirmaba que la luz nífero como medio en el que se propagan las ondas lu- es una onda. Como todas las ondas conocidas por aquel minosas. Como la luz es una onda transversal sólo se entonces requerían de un medio material para su propa- podía propagar en los sólidos y concluyó que el éter gación, como sucede con el sonido, las ondas en un es- tenía las propiedades de un sólido elástico de elevada tanque o las olas del mar, Young consideró que la luz se rigidez, idea que se contraponía con la de su enorme propagaba en un medio, el éter luminífero, que “impreg- sutileza que permitía a todos los cuerpos moverse a tra- na todo el Universo y que es raro y elástico en alto vés del éter sin dificultad. De este modo el éter empeza- grado” y afirmó de forma contundente que “la luz ra- ba a presentar propiedades físicas contradictorias [3, 7, diante consiste en ondulaciones del éter luminífero”. 10]. LA UNIFICACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Puede afirmarse afirmar, sin riesgo a equivocarse, que el electromagnetismo moderno es el resultado de una in- vención y dos descubrimientos, todos ellos acaecidos en el primer tercio del siglo XIX [5]. La invención es la pila eléctrica, realizada por Volta hacia el año 1800 y que permitió disponer de una fuente de corriente eléctrica continua. Los dos descubrimientos son la demostración de los efectos magnéticos producidos por corrientes eléc- tricas realizada por Oersted y Ampère en 1820, y la ge- neración de corriente eléctrica a partir de campos mag- néticos, conocida como inducción electromagnética, descubierta por Faraday en 1831 [4]. Figura 1. Diagrama interferencial observado por Young (Plate XXX, Fig. 442, A Course of Lectures on Natural Philosophy La contribución más importante del danés Hans and the Mechanical Arts. Thomas Young, 1807). Fuente: Christian Oersted (1777-1851) al electromagnetismo fue Wikipedia. su demostración de 1820 que probaba que una corriente Del mismo modo que Young es responsable del resur- eléctrica era capaz de desviar una aguja imantada situa- gimiento de la teoría ondulatoria de la luz en Inglaterra, da en sus proximidades (Figura 2). Había descubierto Augustin Fresnel (1788-1827) en Francia llevó a cabo el que una corriente eléctrica produce efectos magnéticos. desarrollo matemático de la teoría ondulatoria de la luz Su famoso experimento es muy sencillo. Situó una agu- y la aplicó a todos los fenómenos conocidos entonces. ja imantada libremente orientada en la dirección norte- Fresnel redescubrió el fenómeno de las interferencia [7] sur; a continuación colocó un cable eléctrico sobre la con variantes del experimento de la doble rendija de aguja en la misma dirección y lo conectó a una pila. Al Young usando el “biprisma de Fresnel” y los “espejos de cerrar el circuito comprobó que la aguja imantada se Fresnel”. El 15 de octubre de 1815 Fresnel presenta su desviaba de su dirección original situándose perpendicu- “Memoria sobre la difracción de la luz” en la que sinte- lar al cable, en la dirección este-oeste. Si la corriente 100cias@uned 13 Vida Científica nel fueron íntimos amigos y hasta Fresnel llegó a vivir en casa de Ampére en Paris. Ambos mantuvieron fructí- feras conversaciones científicas y filosóficas y Ampére pensó que el éter luminífero de Fresnel en el que se pro- pagaban las ondas luminosas podría ser también el me- dio de transmisión de la electricidad y el magnetismo. Nos encontramos con el primer atisbo de relación entre la luz y el electromagnetismo, una auténtica avanzadilla de lo que vendría después [4]. El otro hecho fundamental en la unificación de la electricidad y el magnetismo fue el descubrimiento de la Figura 2. Experimento de Oersted. Fuente: Wikipedia. inducción electromagnética realizado por Michael Fara- eléctrica era capaz de hacer girar la aguja imantada, day (1791-1867) en Inglaterra en 1831, y se trata de la Oersted concluyó que una corriente produce efectos generación de corriente eléctrica a partir de una campo magnéticos y que la electricidad y el magnetismo no son magnético.
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