¿Qué descubrió James Clerk Maxwell? El físico que demostró que la luz es electromagnetismo

James Clerk Maxwell (1831–1879) descubrió que la electricidad, el magnetismo y la luz son en realidad un mismo fenómeno. Sus ecuaciones mostraban que los campos eléctricos y magnéticos variables pueden viajar por el espacio en forma de onda, y cuando calculó la velocidad de esas ondas obtuvo prácticamente la velocidad de la luz. De ahí dedujo que la luz es una onda electromagnética, una idea confirmada ampliamente después y sobre la que descansan la radio, la televisión, el wifi y los teléfonos móviles. Por el camino explicó de qué están hechos los anillos de Saturno, presentó la primera fotografía en color duradera y ayudó a fundar la física estadística de los gases.

El «Daftie» de Edimburgo

Maxwell nació el 13 de junio de 1831 en el número 14 de India Street, en Edimburgo; hoy la casa es un museo. Pasó buena parte de su infancia en Glenlair, la finca familiar en el suroeste de Escocia.

Cuando entró en la Academia de Edimburgo, con diez años, no encajó. Sus zapatos hechos en casa, una túnica extraña y su acento rural de Galloway le valieron el apodo de «Daftie», algo así como «el bobo». Nada más lejos de la realidad: a los 14 años escribió su primer artículo científico, sobre cómo trazar curvas ovaladas con un cordel, y un profesor tuvo que presentarlo en la Real Sociedad de Edimburgo porque a él lo consideraban demasiado joven.

De Cambridge a una cátedra a los 25 años

Tras estudiar en la Universidad de Edimburgo, donde descubrió la fotoelasticidad experimentando con bloques de gelatina, llegó a Cambridge en 1850. Se graduó en 1854 como «Second Wrangler», el segundo mejor estudiante de matemáticas de su promoción, y compartió el prestigioso Premio Smith. En 1856 obtuvo la cátedra de Filosofía Natural en el Marischal College de Aberdeen, y allí se casó en 1858 con Katherine Mary Dewar.

¿De qué están hechos los anillos de Saturno?

En Aberdeen se enfrentó a una pregunta de concurso famosa: ¿qué son en realidad los anillos de Saturno? Vistos por telescopio parecen bandas lisas y sólidas, pero las apariencias engañan. Con matemáticas, y no con un telescopio mejor, Maxwell demostró que debían estar formados por numerosas partículas pequeñas, y ganó el Premio Adams en 1859. Es un ejemplo perfecto de su estilo: resolver un misterio situado a cientos de millones de kilómetros con lápiz y papel.

La primera fotografía en color

A Maxwell le fascinaba cómo vemos los colores. La idea de la fotografía en color es que muchísimos colores pueden obtenerse mezclando luz roja, verde y azul. En 1861, en una conferencia en la Royal Institution de Londres, hizo la primera demostración de fotografía en color duradera con la imagen de una cinta de tela escocesa fotografiada por Thomas Sutton. La pantalla en la que lees esto sigue usando el mismo principio rojo-verde-azul.

La luz es una onda electromagnética

Su gran obra llegó en el King's College de Londres a principios de la década de 1860. Quería describir con matemáticas precisas las fuerzas eléctricas y magnéticas, y en «Sobre las líneas físicas de fuerza», publicado en 1861 y 1862, construyó un modelo de esos campos.

Su aportación clave fue la idea de que un campo eléctrico que cambia produce un campo magnético, igual que un campo magnético que cambia produce uno eléctrico. Maxwell llamó a ese nuevo término «corriente de desplazamiento». Al juntar ambas cosas ocurre algo asombroso: el campo eléctrico variable genera un campo magnético variable, que a su vez genera otro eléctrico, y así sucesivamente. La perturbación se mantiene sola y viaja por el vacío como una onda.

Hacia 1862 calculó a qué velocidad viajaría esa onda, y el resultado coincidía aproximadamente con la velocidad de la luz medida. Difícilmente podía ser casualidad. En su artículo de 1865, «Una teoría dinámica del campo electromagnético», propuso que la luz es una perturbación electromagnética. De golpe, la óptica y el electromagnetismo se convirtieron en una sola ciencia.

Las ecuaciones de Maxwell, sin fórmulas

Maxwell expuso su teoría completa en su Tratado sobre electricidad y magnetismo de 1873. La forma compacta que hoy estudian los alumnos se atribuye a Oliver Heaviside. Dichas con palabras, las cuatro ecuaciones afirman:

• Las cargas eléctricas crean campos eléctricos que salen de las cargas positivas y entran en las negativas.
• No existen «cargas magnéticas» aisladas: todo imán tiene polo norte y polo sur.
• Un campo magnético que cambia crea un campo eléctrico; así funcionan los generadores.
• Las corrientes eléctricas y los campos eléctricos que cambian crean campos magnéticos.

Gases, un demonio y un laboratorio legendario

Entre 1859 y 1866 desarrolló una descripción estadística de las velocidades de las moléculas de un gas, hoy llamada distribución de Maxwell-Boltzmann. En 1867 imaginó el «demonio de Maxwell», un experimento mental sobre un ser diminuto que separa moléculas rápidas y lentas. En 1871 fue el primer catedrático Cavendish de Física en Cambridge y supervisó la construcción del Laboratorio Cavendish.

Una muerte temprana y una nueva época

Maxwell murió en Cambridge el 5 de noviembre de 1879, con solo 48 años, de un cáncer abdominal, la misma enfermedad que había matado a su madre a la misma edad. Einstein diría más tarde que con Maxwell terminó una época científica y empezó otra. En una encuesta de Physics World entre cien físicos destacados, quedó tercero de todos los tiempos, solo por detrás de Newton y Einstein.

Aprende con Maxwell: expresiones en español para conectar ideas

Expresión	Significado	Ejemplo
atar cabos	relacionar datos para entender algo	Al final até cabos y entendí el subjuntivo.
las dos caras de la misma moneda	dos cosas muy unidas	Leer y escribir son las dos caras de la misma moneda.
estar en la misma onda	pensar de forma parecida	Mi profesora y yo estamos en la misma onda.
no es casualidad	hay una razón real	No es casualidad que haya mejorado.
adelantado a su tiempo	con ideas demasiado modernas para su época	Maxwell estaba adelantado a su tiempo.

Practica: Maxwell vio la conexión entre electricidad, magnetismo y luz. Escribe tres frases en español sobre dos habilidades de tu aprendizaje que sean «las dos caras de la misma moneda», usando «atar cabos» y «no es casualidad».