James Clerk Maxwell, el discreto

Dentro de la física se le sitúa en la misma categoría que Einstein o Newton. Sin embargo, a menudo es un nombre desconocido para el mundo exterior:James Clerk Maxwell. Dio pasos cruciales para comprender la electricidad, el magnetismo y la luz. Posiblemente su carácter valiente fue la razón de su fama relativamente limitada. El brillante escocés se mostró muy entusiasmado por hablar con Kennislink.

Un relámpago brillante en el cielo e inmediatamente te das cuenta de que la electricidad es una de las fuerzas más impresionantes de la naturaleza. Durante mucho tiempo la gente no supo exactamente qué es la electricidad. Gracias en gran parte al escocés James Clerk Maxwell (1831 – 1879) ahora lo sabemos. En ecuaciones matemáticas estableció que la electricidad, el magnetismo y la luz son expresiones de lo mismo:un campo electromagnético. El hecho de que hoy en día ya no podamos imaginar un mundo sin electricidad se debe en gran medida a él.

Menos conocido es que también logró éxitos en otras áreas, como la visión del color, el funcionamiento de los gases y los anillos de Saturno. También hizo la primera fotografía en color y fue un poeta virtuoso. Maxwell era un hombre querido, con una personalidad cálida y atractiva. Kennislink hizo una "entrevista ficticia" con el matemático y físico.

Señor Secretario Maxwell, encantado de hablar con usted. ¿Sabías que eres, con diferencia, el más joven de los físicos con los que hablamos para nuestra serie Handsome Heads? “Bueno, gracias por la invitación. Me siento honrado. Al parecer mi trabajo ha tenido el impacto necesario, porque yo no lo he vivido así. Sospecho que mi trabajo sobre electromagnetismo abrirá nuevas áreas, pero no puedo prever qué consecuencias tendrá esto para la ciencia”.

Conocemos sus ecuaciones sobre electromagnetismo, de las que hablaremos en detalle en un momento, como las ecuaciones de Maxwell, pero casi se las llamó 'ecuaciones de Clerk', ¿no? “Así es, el nombre de mi padre era originalmente John Clerk. Sin embargo, resultó ser heredero de un terreno en la zona de Middlebie, en el suroeste de Escocia. El área había pertenecido a la familia Maxwell y una condición para hacerse cargo del terreno era que tomara el nombre de Maxwell. Por lo tanto, cambió su nombre a John Clerk Maxwell. De ahí obtuve esos dos apellidos."

Pasaste gran parte de tu infancia en Middlebie. ¿Fue un lugar agradable para crecer? “Sí, mis padres tenían una casa pequeña pero acogedora:Glenlair House. – construido en la ciudad de Glenlair. Teníamos una granja en medio de un gran terreno. Había mucho que ver y descubrir. Tenía mucha curiosidad desde pequeño.

Quería saber cómo funcionaba cada dispositivo. ‘¡Muéstrame cómo encaja! ', grité. Y mi padre siempre estuvo dispuesto a explicar eso. También amaba a los animales, especialmente con nuestros perros, construí un vínculo estrecho."

Tu talento para las matemáticas se demostró en la escuela primaria, la Academia de Edimburgo. ¿Cómo viviste la escuela? “Al principio me costó un poco acostumbrarme. Empecé un mes después del inicio del curso escolar, por lo que los grupos ya estaban formados. Un grupo de matones me llamó 'Dafty ' (en escocés significa 'tonto' o 'tonto', ed.), porque vestía mi ropa de granja y tenía un acento extraño en sus ojos. Oh, bueno, podría reírme de eso, no me importaba. Al principio significó que me sentía bastante solo en la escuela, pero luego me hice muy amigo de Peter Guthrie Tait y Lewis Campbell.

No encontré las clases en la escuela tan emocionantes. No fue hasta mi último año, el quinto, que se volvió divertido. Nos enseñaron geometría y eso me pareció muy interesante. Me fascinó la forma en que se pueden dibujar elipses, con un bolígrafo que gira sobre dos hilos sujetos con alfileres. Exploré formas más complejas de dibujar elipses y describí sus matemáticas. Cuando mi padre vio mi trabajo, se lo mostró inmediatamente al profesor James Forbes de la Universidad de Edimburgo, lo encontró muy impresionante. ¿Qué pasó según Forbes? Había realizado un trabajo similar al de René Descartes (el famoso filósofo francés, ed.) en el siglo XVII. Pensaron que eso era muy inteligente para un chico de quince años."

En cierto modo, este fue el comienzo de su carrera profesional. Una carrera que continuó en Edimburgo y más tarde en Cambridge. Tu interés por los colores y cómo los percibimos comenzó durante tus estudios. ¿Cómo sucedió eso? “De pequeña ya me fascinaban los colores. Una vez mi tío John me llevó al laboratorio de William Nicol. Hizo prismas con los que se podía polarizar la luz. Esto tuvo un efecto en los colores que viste. ¡Fascinante! Por eso me sorprendió gratamente cuando James (Forbes, ed.) me pidió en 1849 que participara en experimentos sobre la visión de los colores.

Trabajamos con discos sobre los que se pueden colocar trozos de papel de colores. Si giras el disco podrás ver de qué color se dan esas piezas entre sí. Por ejemplo, intentamos investigar con qué combinaciones de colores se podría hacer gris o blanco. Más tarde, después de graduarme en Cambridge, continué los experimentos. Recién ahora vi cómo se pueden crear otros colores a partir de la combinación de verde, azul y rojo."

Entonces, ¿como lo había hecho antes el inglés Thomas Young? “De hecho, él y Helmholtz desarrollaron la teoría de que nuestros ojos ven los colores como una mezcla de colores primarios:rojo, verde y azul. Diseñé una especie de cuadro de visualización de colores con el que se podía ajustar la cantidad de luz roja, verde o azul. Esto me permitió medir la sensibilidad de las personas a los colores primarios. Por ejemplo, descubrí que varía de persona a persona y que el daltonismo es el resultado de una sensibilidad reducida al color rojo o verde”.

Recibiste la Medalla Rumford de la Royal Society de Londres por tu trabajo en 1860. Pero quizás un reconocimiento más hermoso fue la fotografía en color que tomaste a continuación. “Hice que Thomas Sutton tomara tres fotografías de una cinta de tartán (tela escocesa que también se usa para hacer faldas escocesas, ed.), cada vez con un filtro de color diferente (rojo, verde o azul) frente a la lente. Al proyectar las tres fotografías una sobre la otra, se obtuvo una fotografía en color. Lo presentamos en una conferencia en 1861 ante la Royal Institution. Estaban asombrados. ”

También te hiciste un nombre en otro área:la astronomía. Te centraste en los anillos de Saturno en 1855. ¿Por qué? “Muy sencillo, en realidad:la Universidad de Cambridge otorgó el Premio Adams en 1855 por el ensayo que mejor explicaba la estabilidad de los anillos de Saturno. Me acababa de graduar y pude pasar mi tiempo en Cambridge haciendo las cosas que me gustaban. Este tema me fascinó desde la infancia.

Observaciones recientes habían demostrado que los anillos no siempre tenían la misma estructura. La pregunta era:¿de qué tipo de material estaban hechos los anillos? Pierre-Simon Laplace había dicho anteriormente que si los anillos fueran macizos, deberían estar formados por anillos concéntricos sueltos. Me basé en esto y utilicé la mecánica de Newton para demostrar que los anillos no podían ser masivos, porque entonces tenían que ser atraídos hacia el planeta. Tampoco eran posibles anillos de gas o líquido, porque en ellos se formarían ondas inestables.

Mi solución:los anillos estaban formados por partículas pequeñas y sueltas. Los llamé "murciélagos de ladrillos". También construí un modelo de rueda con bolitas como prueba adicional. ¡Estaba encantada de ganar el premio! Recibí un bonito elogio de Sir George Bidell Airy, uno de los jueces:mi trabajo fue "una de las aplicaciones más notables de las matemáticas en física que jamás haya visto".

Pensar en la energía de los gases en los anillos de Saturno le llevó a obtener nuevos conocimientos sobre la velocidad de los átomos en un gas. En ese momento su obra más famosa. Cuéntame sobre eso. “Me encontré con un trabajo del alemán Rudolf Clausius, en el que afirmaba que las partículas de un gas chocan entre sí. La cantidad de colisiones determina en gran medida la velocidad a la que se mueve un gas. En aquella época, todo el mundo pensaba que todas las moléculas de un gas tenían la misma velocidad. Ese no podría ser el caso, porque no todas las moléculas chocan con la misma frecuencia. En mi opinión no era posible saber exactamente la velocidad de cada molécula. Lo que se podía hacer era hacer una especie de distribución de probabilidad, basada en cuántas moléculas tienen una determinada velocidad. Desarrollé una fórmula para esa distribución”.

Hoy conocemos esa fórmula como distribución de Maxwell-Boltzmann, porque Ludwig Bultzmann amplió el trabajo. Un hallazgo sensacional, porque usted incorporó el concepto de estadística a la termodinámica. “Sabes, sabía que estaba en un nuevo camino, pero no tenía idea de lo que eso aportaría a la física. Sólo podía adivinar sobre eso. El campo de la termodinámica era todavía bastante nuevo y el concepto de "moléculas" aún no estaba ampliamente aceptado. Pero es bueno saber que estaba en el camino correcto”.

Hablemos de electromagnetismo. ¿Cómo surgieron tus ideas al respecto? “En mi época, mucha gente se preocupaba por la electricidad y el magnetismo. Éste fue creado en los años veinte (del siglo XIX, ndr.) gracias al físico danés Hans Christian Ørsted. Vio moverse la aguja magnética de una brújula cuando una corriente pasaba por un cable de cobre cercano. Ese fue el primer indicio de que la electricidad y el magnetismo debían tener algo que ver entre sí.

Michael Faraday fue uno de los muchos que se inspiraron en este trabajo. Él mismo también realizó experimentos con electricidad y magnetismo y descubrió, entre otras cosas, el efecto de que un imán en movimiento en una bobina genera una corriente eléctrica, o "inducción magnética". Cuando comencé como profesor en el King's College de Londres, comencé a estudiar electromagnetismo. La explicación de Faraday sobre los efectos que vio realmente me atrajo."

¿Qué explicación fue esa? “Mucha gente en mi época pensaba en términos de una fuerza que actuaba a distancia, del modo en que Newton había descrito la gravedad. Faraday, por otra parte, vio las fuerzas como campos que se propagan a través de un medio en nuestro espacio. Explicó sus fenómenos con fuentes eléctricas y magnéticas que emiten fuerzas en forma de ondas, a lo largo de las llamadas líneas de campo, líneas de fuerza. .”

Me puse en contacto con Faraday por carta, lo que le pareció extraordinario ya que yo era cuarenta años menor que él. Luego elaboré sus conceptos de campos y líneas de campo en ecuaciones matemáticas de campo en tres dimensiones. Mi amigo de la escuela Peter (Guthrie Tait, ed.) me ayudó con el complicado álgebra vectorial que lo acompaña. Así que terminé con una colección que describía los efectos eléctricos y magnéticos que ahora se conocían. Pero luego descubrí algo extraordinario…”

“Descubrí que la Ley de Ampère no estaba completa. Según esta ley, se crea un campo magnético circular alrededor de un cable por el que fluye corriente eléctrica. Cuando comparé las ecuaciones de esta ley con las otras ecuaciones, noté que no coincidían del todo. Para hacerlo simétrico, agregué un término adicional a la ecuación, la corriente de desplazamiento. Al agregar este término, mi ecuación decía que un campo eléctrico cambiante genera un campo magnético. Correcto, eso aún no se había demostrado en experimentos, pero debería ser cuestión de tiempo”.

Ahora que las ecuaciones eran simétricas, ¿qué podrías hacer con ellas? “Sí, con un poco de álgebra obtuviste dos ecuaciones casi idénticas, una para el campo eléctrico y otra para el campo magnético. La solución de estas ecuaciones son ondas de campos eléctricos y magnéticos. Pero ahora viene lo más maravilloso de todo:cuando calculé la velocidad a la que debían viajar estas ondas, ¡llegué a un número muy cercano a la velocidad de la luz!

Una completa sorpresa. No me gustaba la luz en absoluto. Nunca tuve la más mínima sospecha de que la luz pudiera tener algo que ver con la electricidad o el magnetismo. Y aquí simplemente salió de mis ecuaciones. Sabía lo que era la luz:una onda electromagnética. De hecho, ¡la luz, la electricidad y el magnetismo podrían describirse como campos electromagnéticos!

Terminemos con un poco de poesía. Has escrito muchos poemas en tu vida. ¿Quieres terminar con un bonito poema? "Por supuesto. ¿Qué tal un poema sobre el amor? Esto es parte de un poema que escribí para mi esposa Katherine en 1858: