El campo y la luzThe field and light
1820 – 18881820 – 1888
Entre las cosas no hay vacío: hay algo que tiembla. Y la luz resulta ser ese temblor.Between things there is no void: there is something that trembles. And light turns out to be that trembling.
Lo real ya no son solo los cuerpos. También es real el espacio entre ellos.What is real is no longer only bodies. The space between them is real too.
Un encuadernador y un escocésA bookbinder and a Scot
Michael Faraday dejó la escuela a los trece años y aprendió ciencia leyendo los libros que encuadernaba. Casi no sabía matemática. Pensaba con imágenes: alrededor de un imán o de una carga imaginaba líneas de fuerza que llenan el espacio. En 1831 descubre que un imán en movimiento produce corriente eléctrica.Michael Faraday left school at thirteen and learned science by reading the books he bound. He knew almost no mathematics. He thought in images: around a magnet or a charge he imagined lines of force filling space. In 1831 he discovers that a moving magnet produces an electric current.
James Clerk Maxwell traduce esas imágenes a ecuaciones. Entre 1861 y 1865 muestra que los campos eléctrico y magnético se sostienen uno al otro y viajan como ondas. Calcula su velocidad y obtiene la de la luz. En 1888 Heinrich Hertz produce esas ondas en su laboratorio de Karlsruhe.James Clerk Maxwell translates those images into equations. Between 1861 and 1865 he shows that electric and magnetic fields sustain each other and travel as waves. He calculates their speed and obtains that of light. In 1888 Heinrich Hertz produces those waves in his laboratory in Karlsruhe.
Antes: cuerpos y fuerzas a distanciaBefore: bodies and action at a distance
El modelo era Newton: partículas en el vacío que se atraen o se repelen en línea recta, al instante. La electricidad y el magnetismo se estudiaban como fluidos distintos. La luz, para unos, eran corpúsculos; para otros, ondas en un éter que nadie había visto.The model was Newton: particles in the void attracting or repelling in a straight line, instantly. Electricity and magnetism were studied as separate fluids. Light, for some, was corpuscles; for others, waves in an ether no one had seen.
El giro: el campo es una cosaThe turn: the field is a thing
La acción no salta de un cuerpo a otro: se propaga por el campo, punto a punto, a velocidad finita. El campo almacena energía y la transporta. Electricidad, magnetismo y luz resultan ser un solo fenómeno.Action does not leap from one body to another: it travels through the field, point by point, at finite speed. The field stores energy and carries it. Electricity, magnetism and light turn out to be a single phenomenon.
Después: un mundo de ondasAfter: a world of waves
Por primera vez la física unifica fuerzas que parecían distintas, un programa que no ha terminado. Aparece todo el espectro: radio, infrarrojo, rayos X. Y el campo se convierte en el concepto central de la física del siglo XX.For the first time physics unifies forces that seemed distinct, a programme that is still not finished. The whole spectrum appears: radio, infrared, X-rays. And the field becomes the central concept of 20th-century physics.
Limaduras de hierro alrededor de dos polos: no muestran los imanes, muestran el espacio que hay entre ellos.Iron filings around two poles: they do not show the magnets, they show the space between them.
Limaduras sobre un papelFilings on a sheet of paper
Faraday espolvoreaba limaduras de hierro sobre un papel encima de un imán y dibujaba las curvas que formaban. Para sus colegas eran un recurso didáctico. Para él eran la prueba de que algo físico ocupaba el espacio alrededor del imán.Faraday sprinkled iron filings on a sheet over a magnet and drew the curves they formed. For his colleagues they were a teaching aid. For him they were proof that something physical occupied the space around the magnet.
Una velocidad conocidaA familiar speed
En 1862 Maxwell calculó la velocidad de las ondas de su modelo a partir de mediciones puramente eléctricas: unos 310.000 km/s. Fizeau había medido la de la luz en 315.000 km/s. La coincidencia era demasiado grande para ser casual.In 1862 Maxwell calculated the speed of the waves in his model from purely electrical measurements: about 310,000 km/s. Fizeau had measured that of light at 315,000 km/s. The coincidence was too close to be chance.
«No sirve para nada»“Of no use whatsoever”
Según se cuenta, cuando un alumno le preguntó a Hertz para qué servían sus ondas, respondió que para nada: solo confirmaban a Maxwell. Siete años después Marconi enviaba señales sin cables. Hoy esas ondas llevan tu voz, tu wifi y la señal del GPS.As the story goes, when a student asked Hertz what his waves were good for, he replied that they were of no use at all: they merely confirmed Maxwell. Seven years later Marconi was sending signals without wires. Today those waves carry your voice, your wifi and the GPS signal.
Copenhague · 1820Copenhagen · 1820
Una aguja que gira de costadoA needle that turns sideways
Hans Christian Ørsted coloca una brújula cerca de un cable con corriente y la aguja se desvía. Que la electricidad afectara al magnetismo ya era sorprendente. Lo inaudito era la dirección: la aguja no apunta hacia el cable ni en sentido contrario. La fuerza da vueltas alrededor de él.Hans Christian Ørsted places a compass near a wire carrying current and the needle swings. That electricity should affect magnetism was surprising enough. What was unheard of was the direction: the needle points neither towards the wire nor away from it. The force circles around it.
En la física de Newton las fuerzas actúan en la línea que une dos cuerpos. Esta no. Ampère encontró una fórmula que la acomodaba al marco viejo; Faraday prefirió tomar la anomalía en serio y pensar que lo que circulaba era el espacio mismo.In Newton's physics forces act along the line joining two bodies. This one does not. Ampère found a formula that fitted it into the old framework; Faraday preferred to take the anomaly seriously and think that what circulated was space itself.
No acabó con el éterIt did not end the ether
Maxwell creía que sus ondas eran vibraciones de un medio material y construyó modelos de engranajes y vórtices para él. El campo sin soporte, existiendo por sí mismo, llegará recién con Einstein.Maxwell believed his waves were vibrations of a material medium and built models of gears and vortices for it. The field with no support, existing in its own right, would only arrive with Einstein.
Las cuatro ecuaciones no son de MaxwellThe four equations are not Maxwell's
Maxwell escribió unas veinte ecuaciones con veinte incógnitas. La forma compacta de cuatro ecuaciones que hoy se estampa en camisetas la dio Oliver Heaviside en 1884, otro autodidacta.Maxwell wrote some twenty equations in twenty unknowns. The compact four-equation form printed on T-shirts today was given by Oliver Heaviside in 1884, another self-taught man.
Faraday no era un simple experimentadorFaraday was not a mere experimenter
Sin ecuaciones, propuso una idea teórica más audaz que la de sus colegas matemáticos. Maxwell lo reconoció: dijo que su trabajo consistía en poner en forma matemática las ideas de Faraday.Without equations, he put forward a bolder theoretical idea than his mathematical colleagues. Maxwell acknowledged it: he said his work consisted in putting Faraday's ideas into mathematical form.
Difícilmente podemos evitar la conclusión de que la luz consiste en las ondulaciones transversales del mismo medio que es la causa de los fenómenos eléctricos y magnéticos.We can scarcely avoid the inference that light consists in the transverse undulations of the same medium which is the cause of electric and magnetic phenomena.James Clerk Maxwell · «Sobre las líneas físicas de fuerza», parte III (1862)James Clerk Maxwell · “On Physical Lines of Force”, part III (1862)
Maxwell puso la frase en cursiva. Acababa de comparar la velocidad calculada para sus ondas con la medida para la luz. Fíjate en la palabra «medio»: para él había un éter vibrando. La conclusión sobrevivió a ese medio; el medio no sobrevivió al siglo.Maxwell put the sentence in italics. He had just compared the speed calculated for his waves with the speed measured for light. Note the word “medium”: for him there was an ether vibrating. The conclusion outlived that medium; the medium did not outlive the century.
Dónde se vuelve incómodoWhere it gets uncomfortable
Un medio que nadie encuentraA medium no one can find
Si la luz es una onda, ¿qué es lo que ondula? El éter debía ser más rígido que el acero, para vibrar tan rápido, y a la vez no frenar a los planetas. Cuanto mejores eran las ecuaciones, más raro se volvía su soporte. En 1887 un experimento en Cleveland lo buscó y no lo encontró.If light is a wave, what is waving? The ether had to be stiffer than steel, to vibrate so fast, and yet not slow down the planets. The better the equations became, the stranger their support grew. In 1887 an experiment in Cleveland looked for it and did not find it.
Dónde se usa hoyWhere it is used today
Todo lo inalámbricoEverything wireless
Radio, televisión, celular, radar, resonancia magnética, horno de microondas: todo sale de las ecuaciones de Maxwell. Y la idea de campo pasó a la física fundamental: hoy las partículas mismas se describen como excitaciones de campos.Radio, television, mobile phones, radar, MRI scanners, microwave ovens: all come from Maxwell's equations. And the idea of the field passed into fundamental physics: today particles themselves are described as excitations of fields.
¿Qué hay entre las cosas que miras?What is there between the things you look at?
- ¿Qué relación en tu vida actúa aunque no la veas?Which relationship in your life acts even though you cannot see it?
- ¿Piensas mejor con imágenes, como Faraday, o con fórmulas, como Maxwell?Do you think better in images, like Faraday, or in formulas, like Maxwell?
- ¿Qué anomalía acomodaste a tu marco en vez de tomarla en serio?Which anomaly did you fit into your framework instead of taking it seriously?
- ¿Qué dos cosas que tratas por separado podrían ser una sola?Which two things you treat separately might be one and the same?
- ¿Qué descubrimiento «inútil» de hoy cambiará todo mañana?Which “useless” discovery of today will change everything tomorrow?
Lecturas complementariasFurther reading
- Michael Faraday — La historia química de una velaThe Chemical History of a Candle
- Albert Einstein y Leopold Infeld — La evolución de la físicaThe Evolution of Physics
- Nancy Forbes y Basil Mahon — Faraday, Maxwell y el campo electromagnéticoFaraday, Maxwell, and the Electromagnetic Field
- Basil Mahon — El hombre que lo cambió todoThe Man Who Changed Everything
- James Clerk Maxwell — Tratado de electricidad y magnetismoA Treatise on Electricity and Magnetism
… mientras tanto, las máquinas de vapor enseñan algo que ninguna ecuación de Newton ni de Maxwell contiene: el tiempo tiene dirección.… meanwhile, steam engines teach something no equation of Newton or Maxwell contains: time has a direction.