Maxwell

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Maxwell:

Maxwell Maxwell (1837-1879)

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Hemos, por tanto, de descubrir algún método de investigación que permita asir a cada paso una concepción física clara, sin entregarnos a ninguna teoría fundada en la ciencia física de la que proviene dicha concepción, de forma que no se deje de lado en medio de la búsqueda de sutilezas analíticas ni se lleve más allá de la verdad al hilo de hipótesis predilectas.

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Para conseguir ideas físicas sin adoptar una teoría física debemos familiarizarnos con la existencia de analogías físicas. Entiendo por analogía física esa similitud parcial entre leyes de una ciencia y las de otra, que hace que se iluminen a las otras. Así todas las ciencias matemáticas se asientan sobre relaciones que se establecen entre las leyes físicas y las leyes numéricas, Siendo el objetivo de las ciencias exactas el reducir los problemas de la Naturaleza, A la determinación de cantidades mediante operaciones con números.

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A la determinación de cantidades mediante operaciones con números. Pasando de la más universal de las analogías a una muy parcial, hallamos que la semejanza de forma matemática entre dos fenómenos diferentes, da lugar a una teoría física de la luz.

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En la imagen newtoniana pensamos en minúsculas partículas que interactúan mediante fuerzas a distancia... Las fuerzas de la electricidad y el magnetismo actúan de un modo semejante a las fuerzas gravitatorias decreciendo en forma inversa pero proporcional al cuadrado de la distancia... Si partículas semejantes se repelen y (q) es la carga eléctrica en lugar de la masa; a este nivel no hay dificultades al incorporar la electricidad y el magnetismo.

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...También el comportamiento de la luz puede ser acomodado aproximadamente (aunque con ciertas dificultades, bien considerando la luz como compuesta de partículas individuales ( fotones) o bien considerando la luz como un movimiento ondulatorio en algún medio, en cuyo caso, este medio o éter debe considerarse él mismo compuesto de partículas.

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...El hecho de que cargas eléctricas en movimiento puedan dar lugar a fuerzas magnéticas provocó una complicación adicional, fue entonces que el gran teórico y experimentador inglés Michael Faraday ( 1791-1867) desafió plenamente la imagen newtoniana...

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Para comprender la naturaleza del desafío formulemos su concepto de “ campo físico”...El comportamiento de las limaduras de hierro que se alinean a lo largo de lo que se denomina “ líneas de fuerza”, pues ellas son “el campo magnético”.

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En cada punto del espacio, este campo está orientado en una cierta dirección, conforme la dirección de las líneas de fuerza que pasa por dicho punto. En realidad, lo que tenemos es un vector en cada punto de modo que el campo magnético nos proporciona un ejemplo de campo.

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Los profundos hallazgos experimentales de Faraday ( con conductores en movimiento, imanes y similares) le llevaron a creer que los campos eléctricos y magnéticos son “ sustancia física real” y, además, que campos eléctricos y magnéticos variables podrían ser a veces capaces de “ empujarse” a través del espacio vacío. Produciendo un tipo de onda incorpórea. Podría entonces la luz consistir en dichas ondas.

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Confrontando con los hechos experimentales, y los trabajos de Andre Marie Ampère (1775-1836) entre otros, el gran físico y matemático escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), se interrogó sobre la forma matemática de las ecuaciones que surgían de aquellos hallazgos.

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Una de las consecuencias de las ecuaciones de Maxwell era que los campos eléctricos y magnéticos se empujaban realmente a través del espacio vacío. Un campo magnético oscilante daría lugar a un campo eléctrico oscilante, y este campo eléctrico que a su vez oscila da lugar a un campo magnético; y así sucesivamente.

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Maxwell pudo calcular la velocidad con la que se propagaría este efecto a través del espacio ! Y encontró que sería la velocidad de la luz!.

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Estas ondas electromagnéticas mostrarían también la propiedad de interferencia y la enigmática propiedad de polarización de la luz que eran conocidos. Además de explicar las propiedades de la luz visible, para que las ondas tuvieran un rango concreto de longitud de onda, y se predecía la existencia de ondas electromagnéticas de otras longitudes.

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La existencia de tales ondas fue establecida experimentalmente por Hertz ( 1888). La inspirada esperanza de Faraday. Había pues una base firme para las maravillosas ecuaciones de Maxwell

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El nuevo ingrediente fundamental para nuestra imagen de la realidad física que presenta la teoría de Maxwell consiste en que ahora los campos deben tomarse en serio por propio derecho y no pueden considerarse como simples apéndices matemáticos. (La nueva mente del emperador, Roger Penrose, Grijalbo Mondadori)

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...Sólo cuando intentamos poner en contacto la parte teórica de nuestra preparación con la práctica, es cuando comenzamos a experimentar el pleno efecto de lo que Faraday denomina inercia mental; no sólo la dificultad de reconocer entre los objetos concretos que tenemos delante, la relación abstracta que hemos aprendido en los libros...

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... Siempre consideré que las matemáticas eran el método de obtener las mejores formas y dimensiones de las cosas, y esto significaba no sólo lo más útil y económico, sino lo más armonioso y bello... Resortes de la creatividad científica, Rutherford y Steuewer, FCE, pg104)

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