Maxwell murió con menos de cincuenta años al poco de publicar ” A Treatise on Electricity and Magnetism”, su magna obra donde propone un conjunto de ecuaciones que unifican nada menos que la electricidad, el magnetismo y la óptica. Estoy absolutamente convencido de que si hubiese vivido más años habría reescrito el Tretease de nuevo, de arriba a abajo. Y es que su “deducción” de las ecuaciones unificadoras es, por decirlo suavemente, problemática.
Ya os conté la contribución de Heaviside y no voy a insistir sobre ello. Pero si añadiré un dato mas: Heaviside enseñó a Hertz sus ecuaciones y el resultado es bien conocido: Hertz descubrió en 1888 las ondas electromagnéticas predichas por Maxwell y en menos de diez años Marconi ya había patentado un sistema de transmisión de datos mediante las ondas hertzianas.
Es importante destacar que primero fueron la ecuaciones y luego el descubrimiento de las ondas electromagnéticas. Y lo digo para que lo tengáis presente como contraejemplo cuando leáis por ahí que el “método científico” empieza por observar la Naturaleza y buscar leyes en ella y proponer hipótesis etc, etc. Este episodio de la Historia lo que nos enseña es que nunca puedes afirmar que has observado algo hasta que no dispongas de una teoría que lo corrobore.
Pero sigamos con la historia. Este descubrimiento de Hertz impresionó enormemente a los científicos del momento. Estaba claro que la propuesta de Heaviside, tomar las ecuaciones como único punto de partida para la comprensión de los fenómenos electromagnéticos, era perfectamente válida y que las ecuaciones, por decirlo de alguna manera, “tenían vida propia”. De hecho, en la actualidad, en los cursos universitarios de introducción a la Física se sigue la exposición de Heaviside.
Pero quiero que sepáis que es posible fundamentar las ecuaciones de Maxwell. El primer paso en ese sentido lo dio Einstein en 1905 y su punto de partida fue un análisis lógico de la ley de Lorentz. Como recordareis esa ley dice que la Ftotal = qE + q v x B. Pues bien, Einstein se hace la siguiente pregunta ¿cuál sería la fuerza que aparece sobre esa partícula cargada medida desde el sistema de referencia ligado a la propia partícula?. La respuesta intuitiva de Einstein es que seria solamente una fuerza eléctrica (v valdría cero en ese sistema de referencia), por lo que la fuerza magnética es una quimera, una ilusión que solo aparece en nuestros sentidos al cambiar el sistema de referencia.
Esa respuesta condujo a Einstein a establecer la Teoría de la Relatividad, que ante todo es una reformulación de las ecuaciones de Maxwell en las que desaparecen los campos B y H. El resultado es magnífico: en lugar de las cuatro ecuaciones ya tan solo tenemos dos con E y D como protagonistas. Como subproducto de ello hubo que reformular las leyes de Newton y lo que en su momento causó gran zozobra y confusión: negar la separación del espacio y el tiempo. Pero eso fue un añadido, una serendipia con la que Einstein se encontró como de rebote y que en su momento os lo contaré en clase dentro de pocas semanas.
En todo caso la cosa va mejorando: en lugar de fundamentar cuatro ecuaciones, tan solo hay que fundamentar dos. Pero el triunfo estaba ya cerca. El propio Einstein dio la pista definitiva cuando desarrolló la Teoría de la Relatividad General en 1916. El núcleo matemático de esa teoría es el álgebra tensorial y precisamente a partir de un principio de simetría tensorial es posible deducir las ecuaciones de Maxwell.
Para finalizar os quiero dejar la siguiente reflexión: todo este proceso de fundamentación de las ecuaciones de Maxwell que os he comentado en este post produjo un cambio profundo, sustancial, en la filosofía de la Ciencia. Ya nadie se interesa en buscar leyes de la Naturaleza y de hecho hace más de cien años que nadie descubre ninguna. Gradualmente el foco de atención se ha ido desplazando hacia los modelos, y en otro post comentaré la diferencia de status que hay entre las leyes y los modelos en la Ciencia.