Introducción
En la historia de la física, James Clerk Maxwell se sitúa al nivel de Einstein o Newton, aunque su nombre sigue siendo poco conocido fuera del mundo académico. Sus ecuaciones unificaron la electricidad, el magnetismo y la luz, sentando las bases del campo electromagnético que hoy damos por sentado.
Además de sus aportes al electromagnetismo, Maxwell investigó la visión del color, la teoría de los gases y los anillos de Saturno. Fue el autor de la primera fotografía a color y también un talentoso poeta.
Entrevista ficticia
Sr. Clerk Maxwell, es un placer hablar con usted. ¿Sabía que es el físico más joven al que hemos entrevistado para la serie “Manos Elegantes”?
“Gracias por la invitación. Me honra. Parece que mi trabajo ha tenido el impacto esperado, aunque yo mismo no lo percibía. Confío en que mis estudios sobre el electromagnetismo abrirán nuevas áreas, aunque aún no puedo prever sus consecuencias.”
Conocemos sus ecuaciones electromagnéticas, hoy llamadas ecuaciones de Maxwell, pero ¿no se llamaron en un tiempo “ecuaciones de Clerk”?
“Así es. Mi padre se llamaba originalmente John Clerk, pero al heredar una finca de la familia Maxwell en Middlebie, se le impuso el apellido Maxwell. De ahí que yo llevase los dos apellidos.”
Pasó gran parte de su infancia en Middlebie. ¿Era un lugar agradable para crecer?
“Sí. Vivíamos en la modesta pero acogedora Glenlair House, rodeados de una extensa finca. Había mucho por explorar y mi curiosidad infantil era insaciable.”
Recuerdo gritar: «¡Muéstrame cómo funciona esa caja!», y mi padre siempre estaba dispuesto a explicarme. También amaba a los animales, especialmente a nuestros perros.
Su talento para las matemáticas se manifestó en la Edinburgh Academy. ¿Cómo vivió esa etapa?
“Al principio fue duro; llegué un mes tarde y los grupos ya estaban formados. Algunos compañeros me llamaban ‘Dafty’ por mi ropa de campo y mi acento. No me molestó, aunque al principio me sentí solo. Más tarde hice amistad con Peter Guthrie Tait y Lewis Campbell.”
Las clases no me atraparon hasta el quinto año, cuando descubrí la geometría. Dibujar elipses con una pluma atada a dos cuerdas me fascinó. Mi padre mostró mis trabajos al profesor James Forbes, quien los comparó con los de René Descartes y los elogió como “muy ingeniosos para un chico de quince años”.
Ese fue el inicio de su carrera profesional, que continuó en Edimburgo y Cambridge. ¿Cómo surgió su interés por el color?
“De niño ya me maravillaban los colores. Mi tío John me llevó al laboratorio de William Nicol, donde probé prismas que polarizaban la luz. En 1849 el profesor James Forbes me invitó a participar en experimentos sobre la visión del color.”
Trabajamos con discos sobre los que colocábamos papeles de diferentes colores y observábamos las combinaciones que producían gris o blanco. Más tarde, tras graduarme en Cambridge, continué investigando cómo mezclar verde, azul y rojo para obtener otros tonos.
¿Se basó en la teoría de Thomas Young y Helmholtz?
“Exacto. Propusieron que la visión percibe colores como una mezcla de tres primarias: rojo, verde y azul. Construí una caja de observación que permitía variar la intensidad de cada una y medí la sensibilidad individual. Descubrí, por ejemplo, que el daltonismo corresponde a una menor sensibilidad a la luz roja o verde.”
En 1860 recibió la Medalla Rumford de la Royal Society. ¿Qué ocurrió después?
“Pedí a Thomas Sutton que fotografiara una cinta de tartán con tres filtros (rojo, verde y azul). Al superponer las tres imágenes obtuvimos la primera fotografía a color, que presentamos en una charla ante la Royal Institution en 1861. ¡Quedaron asombrados!”
También dejó su huella en la astronomía, estudiando los anillos de Saturno en 1855. ¿Por qué?
“La Universidad de Cambridge otorgó el Premio Adams ese año por el ensayo que mejor explicara la estabilidad de los anillos. Ya había quedado fascinado con el tema desde niño.”
Observaciones recientes mostraban que los anillos cambiaban de forma. Pregunté de qué material estaban hechos. Laplace había sugerido que, si fueran sólidos, se romperían; los gases o líquidos serían inestables. Concluí que estaban formados por pequeñas partículas sueltas, a las que llamé “bats de ladrillo”. Construí un modelo con bolas pequeñas y gané el premio. Sir George Biddell Airy, uno de los jurados, comentó que mi trabajo era “una de las aplicaciones más notables de la matemática a la física que había visto”.
Ese estudio le llevó a la distribución de velocidades de los gases, hoy conocida como distribución de Maxwell‑Boltzmann.
“Leí a Rudolf Clausius, quien describía colisiones entre partículas. En aquel entonces se creía que todas las moléculas tenían la misma velocidad, lo cual es imposible si las colisiones son distintas. Propuse una distribución de probabilidad que describe cuántas moléculas poseen una velocidad dada.”
Más tarde Ludwig Boltzmann extendió mi trabajo, introduciendo la estadística en la termodinámica.
Pasemos al electromagnetismo. ¿Cómo surgieron sus ideas?
“En los años veinte del siglo XIX, Hans Christian Ørsted mostró que una corriente eléctrica desviaba la aguja de una brújula, indicando una relación entre electricidad y magnetismo. Michael Faraday, inspirado por Ørsted, descubrió la inducción magnética. Cuando llegué a ser profesor en King's College, Londres, me atrajo la explicación de Faraday basada en campos que se extienden en el espacio, en lugar de fuerzas a distancia.”
Contacté a Faraday por carta (era cuarenta años menor que él). A partir de sus conceptos de líneas de campo, desarrollé ecuaciones vectoriales en tres dimensiones, con la ayuda de mi amigo de la escuela Peter Guthrie Tait. Así nació el conjunto de ecuaciones que describen los efectos eléctricos y magnéticos.
Descubrí que la Ley de Ampère estaba incompleta. Añadí el término de corriente de desplazamiento, que implica que un campo eléctrico variable genera un campo magnético. Con esa corrección, las ecuaciones se volvieron simétricas.
Al resolverlas obtuve ondas electromagnéticas cuya velocidad coincidía con la velocidad de la luz. Fue una sorpresa total: la luz resultó ser una onda electromagnética.
Para cerrar, comparta un poema suyo.
“Por supuesto. Aquí un fragmento escrito para mi esposa Katherine en 1858:”
«A menudo en la noche, desde esta habitación solitaria
ansío volar sobre tierra y mar,
penetrar la oscuridad que divide la sombra,
y unirme a ti.»«Y tú, querida, volarías conmigo con gusto,
pues te conozco bien, mi verdadera esposa.
Sentimos que, al no estar cerca,
perdemos la corona de la vida.»«Mas pronto, al filo de la medianoche,
esperaré encontrarnos donde todo es extraño,
y en medio del rugido del tren,
tenerte a mi lado.»
¿Le gustaría enviar su propia pregunta a Maxwell? Envíela antes del 19 de abril a contest@nnv.org con el asunto “Concurso Manos Elegantes”. La pregunta más original será publicada y podrá ganar el libro “Canon of Physics” (valor 42,50 €) ofrecido por la NNV.
