VII. LAS ONDAS ELECTROMAGN�TICAS

MUCHOS fen�menos �pticos, como la difracci�n y la interferencia, pueden explicarse simplemente con la hip�tesis ondulatoria de la luz sin necesidad de precisar la propiedad del medio que es perturbada y se propaga en ondas. La �ptica ondulatoria sobrevivi� y se desarroll� por casi 200 a�os, durante los cuales muchos problemas �pticos fueron resueltos y muchos instrumentos �pticos fueron desarrollados sin conocer la naturaleza de las ondas; s�lo se necesitaba saber que eran ondas. Tampoco fue necesario en muchos casos precisar la naturaleza del medio en que se propagan las ondas luminosas; bastaba con suponer que exist�a uno capaz de propagarlas. Este medio fue llamado "�ter". Sin embargo, para entender la naturaleza de la luz se hac�a necesario conocer las propiedades del medio y determinar la que es perturbada y se propaga ondulatoriamente. Bas�ndose en los valores ya conocidos de la velocidad, de la longitud de onda y de la frecuencia de la luz se determin� que el supuesto �ter deb�a tener caracter�sticas muy especiales que lo hac�an diferente a cualquier otro medio conocido, como el aire o el agua. Por ejemplo, como se pensaba en las ondas luminosas en analog�a con las ac�sticas, el �ter ser�a un medio an�logo al aire, pero como la frecuencia de las ondas luminosas es miles de millones de veces superior a la de las ondas ac�sticas, el �ter deb�a ser miles de veces m�s el�stico que el aire, con propiedades parecidas al acero, para poder vibrar tan r�pidamente. Tambi�n deb�a de ser transparente para dejar pasar la luz, e infinitamente tenue para permitir la circulaci�n indefinida de los cuerpos celestes. Todos los intentos realizados por muchos a�os para demostrar la existencia del �ter fueron in�tiles. No sorprende ahora, despu�s de todo, que un medio tan extraordinario no haya sido jam�s encontrado.

Mientras la �ptica se desarrollaba hasta alcanzar la teor�a ondulatoria y se atoraba con las ideas del �ter, otras partes de la ciencia tambi�n crecieron. En particular, la ciencia de la electricidad y la del magnetismo se hab�an desarrollado independientemente, desde los fen�menos elementales descubiertos hace siglos por los griegos, frotando con piel objetos de �mbar para producir cargas el�ctricas y moviendo objetos de hierro sin tocarlos, con trocitos de un extra�o mineral —magnetita— tra�do de la regi�n de Magnesia en el Asia Central, hasta los experimentos del f�sico dan�s Hans Christian Oersted en 1820 y del f�sico ingl�s Michael Faraday en 1839, que demostraban una fuerte relaci�n entre la electricidad y el magnetismo. Estos experimentos probaron que las cargas el�ctricas que se generan al frotar dos cuerpos y que atraen o rechazan a otras cargas generadas de la misma manera tambi�n pueden atraer o rechazar cuerpos magnetizados, como una br�jula, aunque s�lo si est�n en movimiento. Es decir, que las cargas el�ctricas, adem�s de las fuerzas el�ctricas que atraen o rechazan a otras cargas el�ctricas, si se ponen en movimiento producen tambi�n a su alrededor fuerzas magn�ticas que mueven cuerpos magnetizados como br�julas e imanes. Este descubrimiento, por lo pronto, dio origen a uno de los inventos m�s importantes de la civilizaci�n moderna —el motor el�ctrico—, que consiste esencialmente en un dispositivo para hacer circular cargas el�ctricas por un conductor de electricidad y de un cuerpo magnetizado que es puesto en movimiento por las fuerzas magn�ticas generadas por esas cargas m�viles. El mismo descubrimiento, insospechadamente, tambi�n liber� a la �ptica de su in�til b�squeda del �ter.

La fuerza magn�tica producida por cargas el�ctricas en movimiento aparece alrededor de las cargas, en donde antes no hab�a ninguna fuerza magn�tica, al empezar �stas a moverse. Es una propiedad del medio, que cambia si las cargas el�ctricas se mueven. La magnitud de la fuerza magn�tica cambia desde el valor cero, cuando las cargas est�n en reposo, hasta valores distintos de cero, que alcanza cuando las cargas se mueven, y que dependen de la velocidad de las cargas. En otras palabras, las cargas en movimiento perturban el medio en una forma parecida a la forma en que la presi�n y la densidad del aire son perturbadas por la vibraci�n de una campana. Se puede pensar, entonces, que la fuerza magn�tica producida por el movimiento de cargas el�ctricas se propaga alrededor de las cargas en forma an�loga a como se propagan en el aire los cambios de presi�n que constituyen el sonido; es decir, por ondas. Si las cargas vibran cambiando la direcci�n de su movimiento continuamente, la fuerza magn�tica que producen tambi�n cambia de valor y de direcci�n continuamente, produciendo a su alrededor zonas de fuerza magn�tica con distintos valores y direcciones opuestas. As� pues, se puede hablar de ondas de fuerza magn�tica producidas por cargas en movimiento de la misma forma en que se habla de ondas ac�sticas de presi�n, producidas por objetos en vibraci�n como campanas o bocinas. Estas ondas se llaman ondas electromagn�ticas porque junto con la fuerza magn�tica se propaga tambi�n la fuerza el�ctrica producida por las cargas (Figura 31).

Figura 31. Las cargas el�ctricas en movimiento producen fuerzas el�ctricas y magn�ticas que se propagan a su alrededor a la velocidad de la luz. La propagaci�n de estas fuerzas se llama onda electromagn�tica. A ciertas frecuencias estas ondas se perciben como luz.

Las fuerzas el�ctricas y magn�ticas producidas en cierto lugar por cargas en movimiento no aparecen instant�neamente en ese lugar al iniciarse el movimiento de las cargas, sino que toman un cierto tiempo. La velocidad de propagaci�n de la fuerza magn�tica es igual a la distancia entre las cargas y el lugar, dividida entre el tiempo que tarda en aparecer la fuerza magn�tica desde que las cargas inician su movimiento. Desde luego, �sta es tambi�n la velocidad de propagaci�n de las ondas electromagn�ticas. El f�sico escoc�s James Clerk Maxwell encontr� en 1865 la forma de calcular esta velocidad y obtuvo el valor de 300 000 km/s. �El mismo valor de la velocidad de la luz! Esto no pod�a ser s�lo una simple coincidencia, y llev� a Maxwell a declarar que ten�a "fuertes razones para concluir que la luz es una perturbaci�n electromagn�tica en forma de ondas...". Parec�a por fin que se hab�an encontrado la perturbaci�n ondulatoria que constituye la luz, y las ideas acerca del �ter fueron sepultadas para siempre.