VII. LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

MUCHOS fenómenos ópticos, como la difracción y la interferencia, pueden explicarse simplemente con la hipótesis ondulatoria de la luz sin necesidad de precisar la propiedad del medio que es perturbada y se propaga en ondas. La óptica ondulatoria sobrevivió y se desarrolló por casi 200 años, durante los cuales muchos problemas ópticos fueron resueltos y muchos instrumentos ópticos fueron desarrollados sin conocer la naturaleza de las ondas; sólo 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 existía uno capaz de propagarlas. Este medio fue llamado "éter". Sin embargo, para entender la naturaleza de la luz se hacía necesario conocer las propiedades del medio y determinar la que es perturbada y se propaga ondulatoriamente. Basándose en los valores ya conocidos de la velocidad, de la longitud de onda y de la frecuencia de la luz se determinó que el supuesto éter debía tener características muy especiales que lo hacían diferente a cualquier otro medio conocido, como el aire o el agua. Por ejemplo, como se pensaba en las ondas luminosas en analogía con las acústicas, el éter sería un medio análogo al aire, pero como la frecuencia de las ondas luminosas es miles de millones de veces superior a la de las ondas acústicas, el éter debía ser miles de veces más elástico que el aire, con propiedades parecidas al acero, para poder vibrar tan rápidamente. También debía de ser transparente para dejar pasar la luz, e infinitamente tenue para permitir la circulación indefinida de los cuerpos celestes. Todos los intentos realizados por muchos años para demostrar la existencia del éter fueron inútiles. No sorprende ahora, después de todo, que un medio tan extraordinario no haya sido jamás encontrado.

Mientras la óptica se desarrollaba hasta alcanzar la teoría ondulatoria y se atoraba con las ideas del éter, otras partes de la ciencia también crecieron. En particular, la ciencia de la electricidad y la del magnetismo se habían desarrollado independientemente, desde los fenómenos elementales descubiertos hace siglos por los griegos, frotando con piel objetos de ámbar para producir cargas eléctricas y moviendo objetos de hierro sin tocarlos, con trocitos de un extraño mineral —magnetita— traído de la región de Magnesia en el Asia Central, hasta los experimentos del físico danés Hans Christian Oersted en 1820 y del físico inglés Michael Faraday en 1839, que demostraban una fuerte relación entre la electricidad y el magnetismo. Estos experimentos probaron que las cargas eléctricas que se generan al frotar dos cuerpos y que atraen o rechazan a otras cargas generadas de la misma manera también pueden atraer o rechazar cuerpos magnetizados, como una brújula, aunque sólo si están en movimiento. Es decir, que las cargas eléctricas, además de las fuerzas eléctricas que atraen o rechazan a otras cargas eléctricas, si se ponen en movimiento producen también a su alrededor fuerzas magnéticas que mueven cuerpos magnetizados como brújulas e imanes. Este descubrimiento, por lo pronto, dio origen a uno de los inventos más importantes de la civilización moderna —el motor eléctrico—, que consiste esencialmente en un dispositivo para hacer circular cargas eléctricas por un conductor de electricidad y de un cuerpo magnetizado que es puesto en movimiento por las fuerzas magnéticas generadas por esas cargas móviles. El mismo descubrimiento, insospechadamente, también liberó a la óptica de su inútil búsqueda del éter.

La fuerza magnética producida por cargas eléctricas en movimiento aparece alrededor de las cargas, en donde antes no había ninguna fuerza magnética, al empezar éstas a moverse. Es una propiedad del medio, que cambia si las cargas eléctricas se mueven. La magnitud de la fuerza magnética cambia desde el valor cero, cuando las cargas están 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 presión y la densidad del aire son perturbadas por la vibración de una campana. Se puede pensar, entonces, que la fuerza magnética producida por el movimiento de cargas eléctricas se propaga alrededor de las cargas en forma análoga a como se propagan en el aire los cambios de presión que constituyen el sonido; es decir, por ondas. Si las cargas vibran cambiando la dirección de su movimiento continuamente, la fuerza magnética que producen también cambia de valor y de dirección continuamente, produciendo a su alrededor zonas de fuerza magnética con distintos valores y direcciones opuestas. Así pues, se puede hablar de ondas de fuerza magnética producidas por cargas en movimiento de la misma forma en que se habla de ondas acústicas de presión, producidas por objetos en vibración como campanas o bocinas. Estas ondas se llaman ondas electromagnéticas porque junto con la fuerza magnética se propaga también la fuerza eléctrica producida por las cargas (Figura 31).

Figura 31. Las cargas eléctricas en movimiento producen fuerzas eléctricas y magnéticas que se propagan a su alrededor a la velocidad de la luz. La propagación de estas fuerzas se llama onda electromagnética. A ciertas frecuencias estas ondas se perciben como luz.

Las fuerzas eléctricas y magnéticas producidas en cierto lugar por cargas en movimiento no aparecen instantáneamente en ese lugar al iniciarse el movimiento de las cargas, sino que toman un cierto tiempo. La velocidad de propagación de la fuerza magnética es igual a la distancia entre las cargas y el lugar, dividida entre el tiempo que tarda en aparecer la fuerza magnética desde que las cargas inician su movimiento. Desde luego, ésta es también la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas. El físico escocés James Clerk Maxwell encontró en 1865 la forma de calcular esta velocidad y obtuvo el valor de 300 000 km/s. ñEl mismo valor de la velocidad de la luz! Esto no podía ser sólo una simple coincidencia, y llevó a Maxwell a declarar que tenía "fuertes razones para concluir que la luz es una perturbación electromagnética en forma de ondas...". Parecía por fin que se habían encontrado la perturbación ondulatoria que constituye la luz, y las ideas acerca del éter fueron sepultadas para siempre.