La luz: ¿una onda eléctrica y magnética?

Por

por Néstor Espinoza*

Toda la información que recibimos en astronomía viene transportada mediante una onda que atraviesa millones de millones de kilómetros: la luz. Probablemente, muchos de ustedes han oído hablar que la luz es una onda electromagnética, pero ¿qué significa eso? Si dividimos la palabra, notaremos que algo tiene que ver con la electricidad… aunque también tiene algo que ver con el magnetismo.

La electricidad es, a primera vista, muy común en el mundo cotidiano: si no fuera por ésta, nuestro computador no podría prenderse para leer este artículo. Éste concepto es usualmente asociado al de “cargas eléctricas”, porque son elllas las que producen este fenómeno (electrones, protones, etc.). Más aún, en física generalmente se habla de que las cargas producen un “campo eléctrico”, que es algo así como el “medio” por el cual se transmiten las fuerzas eléctricas. Si uno varía el campo variarán, por tanto, las fuerzas que se produzcan sobre alguna otra carga.

Por otro lado, tenemos el magnetismo.  Más de alguno habrá jugado alguna vez con imanes y se habrá percatado que al poner cerca los polos opuestos de dos imanes, estos se pegan. El magnetismo siempre fue un fenómeno muy enigmático, que cuando se teorizó era producido por “cargas en movimiento”. En otras palabras, si consideramos que el ingrediente para producir el fenómeno de la gravedad son las masas y el ingrediente para producir el fenómeno de la electricidad son las cargas eléctricas, el ingrediente “secreto” para producir el fenómeno del magnetismo, era poner una carga en movimiento. Esta ley, conocida como la Ley de Biot-Savart, deja mucho para pensar: si el magnetismo lo podemos formar poniendo cargas en movimiento (cargas que a su vez producen el efecto de la electricidad)… ¿estarán relacionados los fenómenos de la  electricidad y el magnetismo de alguna manera?

El físico Michael Faraday (1791-1867) respondió a esta pregunta y su respuesta fue afirmativa.  La ley que hoy lleva su nombre predice algo maravilloso: si variamos campos magnéticos con el tiempo, ¡produciremos campos eléctricos! Así es, justamente como hoy funcionan básicamente las centrales hidroeléctricas: uno mueve una turbina (con agua) que en el interior posee imanes; al poner los imanes en movimiento, los campos magnéticos que éstos forman varían con el tiempo, ¡lo que genera electricidad!

Tiempo más tarde, el descubrimiento de Faraday motivó al físico James Clark Maxwell (1831-1879) a unir todas las leyes que gobiernan los fenómenos de la electricidad y el magnetismo y demostró algo notable: no era necesaria una fuente para que existiesen campos eléctricos y magnéticos (sí, tal como se lee: ¡no es necesario que haya una carga cerca para formar un campo eléctrico, o un imán para formar un campo magnético!). Demostró entonces que estos campos podían viajar transmitiendo energía: fue allí donde teorizó sobre unas ondas que él llamó “electromagnéticas”. Justamente, estos eran campos eléctricos y magnéticos que se generaban mutuamente en el espacio, tal como lo proponía Faraday, pero a simple vista no parecía observar este fenómeno a su alrededor (a pesar de que sus ecuaciones, “las ecuaciones de Maxwell”, prácticamente predecían que esto debía suceder todo el tiempo a nuestro alrededor). Cuando Maxwell calculó la velocidad que estas ondas debían tener, se llevó una gran sorpresa: ¡daba exactamente la velocidad de la luz! Fue en ese momento cuando a Maxwell le cayó la teja: ¡la luz debía ser una onda electromagnética!

*Néstor Espinoza – Astrónomo (PUC), Candidato a Doctor en Astrofísica (PUC) e Investigador del Instituto Milenio de Astrofísica (MAS) – @nespinozap

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