James Clerk Maxwell y la teoría electromagnética de la luz

"Una época científica terminó y otra empezó con James Clerk Maxwell", dijo Albert Einstein. Heindrich Hertz le llamaba "Maestro Maxwell". Como muchos otros científicos, pensaban que el escocés era un genio. Pero también es uno de los más desconocidos científicos famosos.

Eso a pesar de que su pionero trabajo sobre la naturaleza de la luz cruzó fronteras del conocimiento que hicieron posibles tecnologías de las que dependemos en la actualidad en nuestras instalaciones eléctricas residenciales, desde teléfonos celulares y wifi hasta escáneres y hornos microondas, sin olvidar la radio y la televisión, unos pocos.

Además, su fascinación por el color resultó en la creación de la primera foto a color de la historia.

Primera fotografía a color de la historia, obtenida por Maxwell, una cinta de tartán escocés .

Pero, ¿quién era y por qué es tan admirado por sus iguales?

James Clerck Maxwell nació en Edimburgo en 1831, en el seno de una familia escocesa de la clase media, hijo único de un abogado de Edimburgo. Tras la temprana muerte de su madre a causa de un cáncer abdominal (la misma dolencia que pondría fin a su vida), recibió la educación básica en la Edimburg Academy, bajo la tutela de su tía Jane Cay.

Desde pequeño era tan curioso que su tía decía que "era humillante que un niño te preguntara tantas cosas que uno no podía responder".

Con tan sólo dieciséis años ingresó en la Universidad de Edimburgo, y en 1850 pasó a la Universidad de Cambridge, donde deslumbró a todos con su extraordinaria capacidad para resolver problemas relacionados con la física. Cuatro años más tarde se graduó en esta universidad, pero el deterioro de la salud de su padre le obligó a regresar a Escocia y renunciar a una plaza en el prestigioso Trinity College de Cambridge.

James C. Maxwell a los 23 años.

En 1856, poco después de la muerte de su padre, fue nombrado profesor de filosofía natural en el Marischal College de Aberdeen. Dos años más tarde se casó con Katherine Mary Dewar, hija del director del Marischal College. En 1860, tras abandonar la recién instituida Universidad de Aberdeen, obtuvo el puesto de profesor de filosofía natural en el King's College de Londres.

En esta época inició la etapa más fructífera de su carrera, e ingresó en la Royal Society (1861). En 1871 fue nombrado director del Cavendish Laboratory. Publicó dos artículos, clásicos dentro del estudio del electromagnetismo, y desarrolló una destacable labor tanto teórica como experimental en termodinámica; las relaciones de igualdad entre las distintas derivadas parciales de las funciones termodinámicas, denominadas relaciones de Maxwell, están presentes de ordinario en cualquier libro de texto de la especialidad.

Sin embargo, son sus aportaciones al campo del electromagnetismo las que lo sitúan entre los grandes científicos de la historia.

En 1865, basado en las teorías de Michael Faraday, Maxwell propuso la teoría electromagnética de la luz: "todo emisor luminoso produce un campo magnético oscilante perpendicular a otro eléctrico también oscilante, siendo la dirección de propagación perpendicular a ambos".

El magnetismo y la electricidad eran en ese entonces grandes desconocidos, y Faraday estaba haciendo todos los experimentos posibles para explorarlos. Había desarrollado aplicaciones prácticas como el dínamo y el motor, y logró entender detalladamente ambos fenómenos, aportando mucho a la manera en la que los concebimos. Enfocó la atención no tanto en el imán sino en el espacio que lo rodea. Dijo que no era sólo un pedazo de hierro, sino algo más complejo: es el centro de un sistema de invisibles tentáculos curvos que se extienden para atraer o rechazar otros imanes o metales. A ese sistema lo llamó 'campo'. Pero Faraday no pudo ir más lejos. Como era autodidacta había llegado al límite de sus capacidades: sencillamente, no contaba con los conocimientos académicos necesarios. Faraday dio un paso gigante para hacer por la electricidad y el magnetismo lo que Newton había hecho por la gravedad. Lo que faltaba era matemáticas. Faraday hizo contacto con Maxwell por correspondencia y estaba muy contento por haber encontrado a un matemático tan extraordinario; Maxwell aceptó el reto de demostrar matematicamente que la electricidad y el magnetismo estaban conectados, y que los dos juntos (electromagnetismo) podían crear diferentes tipos de ondas que iban a la misma velocidad, la velocidad de la luz.

Ver también: Cristiaan Huygens y la teoría ondulatoria de la luz.

Reveló también que la luz que los humanos podíamos detectar (la que llamamos "visible") era sólo una parte de la gama de ondas electromagnéticas, que incluyen ondas de radio, microondas, rayos X, rayos Gamma.

Pasó mucho tiempo antes de que los otros científicos aceptar que era una buena idea. Era demasiado radical.

Tomó casi 15 años antes de que alguien pudiera mostrar que ese concepto matemático era algo físico que se podía medir y producir en un laboratorio. El científico Heinrich Hertz produjo ondas de radio, tal como Maxwell predijo, las midió y confirmó que iban a la velocidad de la luz. Pero, aunque se complació por haber probado que Maxwell estaba en lo cierto, cuando le preguntaron cuáles eran las ramificaciones, respondió que ninguna.

No obstante, abrió el camino para que un científico realmente brillante, Einstein, tomara las ideas de Maxwell y las desarrollara hasta llegar a su teoría de la relatividad.

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