Las fuerzas fundamentales de la naturaleza

Parte1

Las fuerzas fundamentales de la naturaleza

Melina Gómez Bock

 

Las fuerzas son las formas de físicas de interacción entre objetos y entes. En la naturaleza existen cuatro fuerzas fundamentales, dos de las cuales, quizás tres de ellas, son conocidas cotidianamente de alguna manera. Estas fuerzas son conocidas como: electromagnetismo, débil, nuclear (o fuerte) gravitacional.

Esta primera parte la dedicaremos al electromagnetismo.

 

¿Quién?

Los fenómenos eléctricos y magnéticos se conocían de forma separada desde la antigüedad. Más adelante, en el siglo XVIII, la electrostática fue desarrollada por el francés Charles-Augustin Coulomb y por el alemán Carl Friedrich Gauss.

Sin embargo, la relación entre electricidad y magnetismo se empezó a estudiar a principios del siglo XIX cuando un químico danés Hans Christian Oersted haciendo experimentos con la electricidad acercó una brújula a un cable por donde fluía corriente eléctrica. Al acercar la aguja de la brújula de manera perpendicular al cable, notó que la brújula cambiaba de dirección.

Por esos días, el físico francés André-Marie Ampere, haciendo experimentos similares, expuso matemáticamente lo que Oersted había observado, completando con sus propias observaciones, en la primera relación entre electricidad y magnetismo: La ley de Ampere.

Doce años después el también químico inglés Michael Faraday formuló la segunda relación entre electricidad y magnetismo: ley de inducción magnética o ley de Faraday.

Pero no fue hasta finales del siglo XIX cuando el inglés James Clerk Maxwell completando la formulación de Ampere, relacionó completamente los fenómenos de electricidad y magnetismo en las famosas ecuaciones de Maxwell de la electrodinámica. De donde, pocos años después, Albert Einstein encontró la constante de la velocidad de la luz, c a partir de la formulación de la relatividad especial (o restringida) en la electrodinámica.

 

¿Cómo?

Aunado a las observaciones de Oersted, Ampere experimentó con electricidad al poner dos cables paralelos y, haciendo pasar corrientes, encontró que si las corrientes iban en la misma dirección los cables se separaban mientras que si la corriente pasaba en direcciones opuestas los cables se atraían. A partir de estas observaciones Ampere encontró que las corrientes eléctricas producían campos magnéticos.

Por su parte, Faraday encontró que si los campos magnéticos variaban con el tiempo estos producían una corriente eléctrica.

Finalmente, Maxwell al estudiar las relaciones matemáticas de estos fenómenos predijo la existencia de una corriente adicional que, al cambiar con el tiempo produciría a su vez un campo magnético.

La cuantización de la electrodinámica, EDC (o QED) se da a través de la formulación de campos de las partículas elementales.

 

¿Cuándo?

La electrostática que se producía al frotar el ámbar, (lo que actualmente hacemos al tallar globos en el cabello para que se mantengan en la pared) ya era conocida desde los griegos. Así como también y de manera separada, se conocían las propiedades magnéticas de algunos materiales como la magnetita. La invención de la brújula: una aguja de un material magnético que se alinea con el campo magnético de la Tierra fue creada y utilizada para la navegación por los chinos en el siglo XII.

Sin embargo siempre fueron vistos como fenómenos diferentes. La concepción actual de los fenómenos eléctricos y magnéticos como dos manifestaciones de una misma fuerza, la electromagnética, se empezó a gestar en el siglo XIX y culminó con las ecuaciones de Maxwell y Einstein a principios del siglo XX.

 

¿Por qué?

Para nuestros antepasados, desde la edad de las cavernas, los fenómenos de la electricidad estática se podían ver en las tormentas. Es de suponer que además de miedo, en alguna época, también despertó curiosidad por el saber de dónde provenía esa luz y cómo se producía.

También es fácil imaginar la curiosidad que generaba ver los efectos de los imanes y tratar de explicar estos fenómenos. Como ya dijimos, sus efectos ya eran conocidos empíricamente, aunque no se comprendía la naturaleza de estos. Como se puede ver en un poema de Sor Juana Inés de la Cruz, escrito a finales del siglo XII:

 

Si al imán de tus gracias, atractivo,

sirve mi pecho de obediente acero,

¿para qué me enamoras lisonjero

si has de burlarme luego fugitivo?

 

Es realmente impresionante el conocimiento con el que contaba Sor Juana en muchas áreas no sólo de la literatura y de las humanidades sino también de la ciencia de su época. Sin duda, para cualquier época fue una mujer excepcional. La explicación de estos fenómenos independientemente de su aplicación eran una atracción para la mente humana.

 

¿Para qué?

Ahora, en nuestra civilización moderna todo se mueve por electromagnetismo. La luz, acompañada de todo el espectro de radiación electromagnética: desde las microondas hasta las ondas de radio, pasando por la radiación infrarroja, la luz visible, los rayos X. Todo esto es producto de fenómenos electromagnéticos. Las corrientes eléctricas y los dispositivos electrónicos son producto de aplicaciones del electromagnetismo. La teoría electromagnética y sus aplicaciones es un logro de la ciencia, todavía inconmensurable. A partir de cuatro ecuaciones de Maxwell que se puede convertir en una usando notación tensorial, se desarrolla toda nuestra tecnología actual. Y todo comenzó en la curiosidad de conocer, de saber.

Contacto: mgballena@hotmail.com