James Clerk Maxwell: el Einstein olvidado de Escocia
close
Recibe noticias a través de nuestro newsletter
¡Gracias! Desde ahora recibirás un correo diario con las noticias más relevantes.
sync

James Clerk Maxwell: el Einstein olvidado de Escocia

Se llama James Clerk Maxwell, ha merecido la admiración de los más grandes científicos y gracias a él tenemos fotos a color, radio, televisión, teléfonos celulares, wifi y tanto más. ¿Lo conoces?
Por BBCMundo
11 de mayo, 2015
Comparte
James Clerk Maxwell

“Una época científica terminó y otra empezó con James Clerk Maxwell”, dijo Albert Einstein. Heindrich Hertz le llamaba “Maestro Maxwell”. Como muchos otros científicos, pensaban que el escocés era un genio. Pero también es uno de los más desconocidos científicos famosos.

Eso a pesar de que su pionero trabajo sobre la naturaleza de la luz cruzó fronteras del conocimiento que hicieron posibles tecnologías de las que dependemos en la actualidad, desde teléfonos celulares y wifi hasta escáneres y hornos microondas, sin olvidar el radio y la televisión, unos pocos.

Además, su fascinación por el color resultó en la creación de la primera foto a color de la historia.

Primera foto a color
La imagen muestra una cinta de tartán escocés.

Pero, ¿quién era y por qué es tan admirado por sus pares?

Su historia empezó en Escocia en el siglo XIX, más precisamente en Edimburgo, donde nació en 1831.

Desde pequeño era tan curioso que su tía decía que “era humillante que un niño te preguntara tantas cosas que uno no podía responder”.

Ese afán por saber y un talento especial para resolver complicados acertijos hizo que empezara a sorprender a sus contemporáneos desde que era joven, como señala Howie Firth, un científico que conoce muy bien la vida de Maxwell.

“En su tiempo libre experimentaba con las curvas que podía dibujar, usando lápices, alfileres e hilos. Así descubrió una nueva regla sobre el tipo de patrones. Presentó el resultado de ese experimento en la Sociedad Real de Edimburgo (la academia nacional de ciencias y letras) cuando tenía 14 años de edad”.

Cuando terminó la escuela fue a la universidad, donde su padre quería que estudiara Derecho, pues en esa época la ciencia no era considerada como una profesión. Por fortuna, el sistema de educación escocesa de entonces estaba diseñado para que los estudiantes pudieran desarrollar su todo su potencial.

Los anillos de Saturno

La ciencia en esa época estaba muy influida por la obra de Isaac Newton, quien un siglo y medio antes había formulado sus tres leyes de movimiento y una teoría unificada de la gravedad, que explicaba tanto lo que sucedía en la Tierra como en los cielos.

Maxwell las absorbió y, unos años más tarde, las usó para resolver un gran enigma sobre el planeta Saturno.

“Se sabía que Saturno tenía anillos y que eran muy delgados, pero no se sabía de qué estaban hechos”, le cuenta a la BBC Martin Hendry, de la Universidad de Glasgow.

Sin una nave espacial que pudiera ir a ver, las posibilidades de saberlo eran casi nulas. Pero se abrió una competencia para revelar el misterio y Maxwell decidió intentarlo.

Saturno
¿Cómo podían haber anillos alrededor de un planeta?

“Lo que hizo fue tratar de entenderlo matemáticamente: si los anillos fueran sólidos, ¿podrían existir o los destruiría la fuerza de la gravedad? Así pudo demostrar que lo último era verdad, que la gravedad no permitiría que un cuerpo tan delgado orbitara Saturno… se partiría. Lo que realmente predijo es que los anillos estaban compuestos de enormes cantidades de pequeñas partículas individuales que flotaban alrededor del planeta, y que aparentaban ser anillos sólidos sólo al observarlos desde tan lejos”, explica Hendry.

Su cálculo dejó a todo el mundo impresionado. George Biddell Airy, el Astrónomo Real de Inglaterra, lo describió como “una de las aplicaciones de matemáticas a la física más extraordinarias que jamás he visto”.

Hoy en día, estamos seguros de que su respuesta fue la correcta gracias al viaje de la nave espacial Voyager, que sobrevoló Saturno. Y lo más impresionante es que las imágenes que confirmaron que lo que Maxwell había dicho hace tanto era cierto sólo pudieron llegar a la Tierra gracias a su descubrimiento más trascendental: las ondas electromagnéticas.

Dos grandes rompecabezas

El magnetismo y la electricidad eran en ese entonces grandes desconocidos.

En Londres, otro científico, Michael Faraday, estaba haciendo todos los experimentos posibles para explorarlos.

Había desarrollado aplicaciones prácticas como el dínamo y el motor, y logró entender detalladamente ambos fenómenos, aportando mucho a la manera en la que los concebimos.

“Él enfocó la atención no tanto en el imán sino en el espacio que lo rodea. Dijo que no era sólo un pedazo de hierro, sino algo más complejo: es el centro de un sistema de invisibles tentáculos curvos que se extienden para atraer o rechazar otros imanes o metales. A ese sistema lo llamó ‘campo'”, explica Firth.

Campo electromagnético
La idea de que en la nada hubiera algo era pionera.

En la actualidad, estamos acostumbrados a la idea de que haya campos, o campos de fuerza, gracias a historias de ciencia ficción como “Doctor Who” o “Viaje a las estrellas”. Pero en el siglo XIX era un concepto totalmente radical.

Lo que Faraday estaba diciendo era que lo que parecía como un espacio vacío, pero que tenía algo adentro.

Y agregó que lo mismo ocurría con la electricidad: si se estaba viajando por un cable, habría un campo de fuerza alrededor.

Así, entendió que el magnetismo y la electricidad tenían que estar conectados de alguna manera, pues descubrió que se alteraban mutuamente y que cuando se les unía, los dos campos se combinaban y vibraban con energía.

Esa vibración creaba ondas, a las que llamó electromagnéticas, que se propagaban en el espacio como al tirar una piedra al agua.

¡Se necesita otro genio!

Pero Faraday no pudo ir más lejos. Como era autodidacta había llegado al límite de sus capacidades: sencillamente, no contaba con los conocimientos académicos necesarios.

“Faraday dio un paso gigante para hacer por la electricidad y el magnetismo lo que Newton había hecho por la gravedad. Lo que faltaba era matemáticas. El contacto con Maxwell se desarrolló primero por correspondencia y Faraday estaba muy contento por haber encontrado a un matemático tan extraordinario; Maxwell aceptó el reto, hizo varios modelos en su mente y encontró la respuesta”, indica Firth.

Y la respuesta fue magnífica.

Maxwell redujo toda la información a unas pocas líneas matemáticas que mostraban cómo la electricidad y el magnetismo estaban conectados, y que los dos juntos -electromagnetismo- podían crear diferentes tipos de ondas que iban a la misma velocidad, la velocidad de la luz.

Reveló también que la luz que los humanos podíamos detectar -la que llamamos “visible”- era sólo una parte de la gama de ondas electromagnéticas, que incluyen ondas de radio, microondas, rayos X, rayos Gamma.

Un enorme salto en el conocimiento… en apenas cuatro cortas ecuaciones que muchos consideran una obra de arte matemático.

Fórmulas de Maxwell

Pasarían décadas…

“Pasó mucho tiempo antes de que los otros científicos aceptar que era una buena idea. Era demasiado radical”, señala Hendry.

“Tomó casi 15 años antes de que alguien pudiera mostrar que ese concepto matemático era algo físico que se podía medir y producir en un laboratorio”, dice Claire Quigley, tecnóloga del Centro de Ciencia de Glasgow.

“El científico Heinrich Hertz (el de los hercios) produjo ondas de radio, tal como Maxwell predijo, las midió y confirmó que iban a la velocidad de la luz. Pero, aunque se complació por haber probado que Maxwell estaba en lo cierto, cuando le preguntaron cuáles eran las ramificaciones, respondió que ninguna”, añade Quigley.

No obstante, apunta Hendry, “abrió el camino para que un científico realmente brillante, Einstein, tomara las ideas de Maxwell y las desarrollara hasta llegar a su teoría de la relatividad”

“Y unos 150 años después -agrega- en la física de partículas hablamos del ‘campo de Higgs’, que tiene que ver entender las propiedades fundamentales de las partículas del Universo. Así que esa idea de un ‘campo’ sigue abriendo caminos”.

Lo que hacemos en Animal Político requiere de periodistas profesionales, trabajo en equipo, mantener diálogo con los lectores y algo muy importante: independencia. Tú puedes ayudarnos a seguir. Sé parte del equipo. Suscríbete a Animal Político, recibe beneficios y apoya el periodismo libre.

#YoSoyAnimal

La imagen que se tomó con la 'cámara digital más grande del mundo'

Científicos enfocados en la exploración espacial probaron con éxito un dispositivo óptico. Su primer objetivo, aunque inusual, demostró el éxito de la resolución deseada.
9 de septiembre, 2020
Comparte
Una cabeza de brócoli fotografiada por la cámara de 3.200 megapíxeles Observatorio Vera Rubin en Chile.

LSST Camera Team/SLAC/VRO
Una cabeza de brócoli fue fotografiada por la cámara de 3,200 megapíxeles que se instalará en el Observatorio Vera Rubin en Chile.

¿Cuál sería un buen objetivo para probar el nuevo sensor de la cámara digital más grande del mundo?

Un brócoli, por supuesto.

Esto puede sonar extraño, pero las intrincadas formas que se encuentran en la variedad Romanesco de esta planta sirven para probar bien la calidad de los detalles.

Y para la cámara que se instalará en el Observatorio Vera Rubin (OVR) en Chile, el rendimiento lo es todo.

Este dispositivo de 3.2 gigapíxeles ayudará a resolver algunas de las cuestiones clave en astronomía que aún están pendientes.

Incluso podría acercarnos a la comprensión de esa “energía oscura” y “materia oscura” del cosmos que parecen estar controlando la evolución de muchas cosas que vemos en el firmamento.

El plano focal del OVR

J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)
El plano focal está compuesto por 189 sensores individuales, también llamados dispositivos de carga acoplada.

El OVR hará esto creando lo que solo se puede describir como un estupendo mapa del cielo. El observatorio inspeccionará todo su campo de visión en las noches durante 10 años.

No solo registrará las posiciones de miles de millones de estrellas y galaxias, sino que también captará cualquier cosa que se mueva o parpadee. Será un tesoro de datos que mantendrá ocupados a los científicos durante décadas.

Pero para realizar un estudio de este tipo, el OVR necesita una cámara especial, como la que se está ensamblando ahora en el Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC en California.

La instalación del objetivo para la cámara

J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)
Para probar el detector de la cámara, el equipo usó una caja con un pequeño orificio para proyectar luz sobre los sensores.

En su centro hay un plano focal de 64 cm de ancho compuesto por 189 sensores individuales o dispositivos de carga acoplada (CCD, por sus siglas en inglés).

Lograr que todos estén montados de forma segura y precisa y que sus complejos componentes electrónicos respondan al unísono ha sido un desafío inmenso.

Pero las imágenes publicadas el martes demuestran que la tarea se completó con éxito.

Ilustración de la experimentación

Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
La cámara servirá para obtener imágenes del espacio muy detalladas como las de la fase de experimentación.

El equipo del SLAC aún no está en posesión de todos los componentes de la cámara, como sus lentes, por lo que utilizó un orificio de 150 micrones para proyectar imágenes en la matriz CCD.

El brócoli, de la familia brassica, fue elegido deliberadamente por su estructura superficial compleja. Tiene innumerables bultos y protuberancias. Un montón de detalles para focalizar.

¿Qué tan buenas son las fotos obtenidas? Si quisieras verlas en tamaño y resolución completos, necesitarías 378 pantallas de TV de resolución 4K con su ultra alta definición.

Inspección de las imágenes

J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)
Hacer que todos los CCD y sus componentes electrónicos funcionen al unísono fue un desafío.

“Si vamos a completar este estudio del cielo, necesitaremos un gran telescopio y una gran cámara”, explicó el director de OVR, Steve Kahn.

“Esta cámara de 3,000 millones de píxeles cubrirá aproximadamente 10 grados cuadrados de cielo; y para que sepas, eso es aproximadamente 40 veces el tamaño de una Luna llena. Y tomaremos fotografías del cielo esencialmente cada 15 segundos”, le dijo Kahn a la BBC.

“Obtendremos imágenes muy profundas de todo el cielo. Pero, lo que es más importante, obtendremos una secuencia de tiempo. Veremos qué estrellas han cambiado de brillo y cualquier cosa que se haya movido por el cielo, como asteroides y cometas”

La cima con el OVR

Rubin Observatory/NSF/AURA
The OVR está siendo construido en la cima del cerro Pachón, a 2.682 m sobre el nivel del mar en el norte de Chile

El VRO ha aparecido en las noticias recientemente debido a la posible interferencia que generen las megaconstelaciones de satélites artificiales que se están lanzando recientemente.

Un gran número de dispositivos espaciales de telecomunicaciones en órbita baja que atraviesen el campo de visión de la cámara podrían arruinar sus imágenes.

La más grande de las nuevas megaconstelaciones de satélites en la actualidad es la que está instalando el empresario Elon Musk y su compañía SpaceX.

El profesor Kahn dijo que el OVR estaba en diálogo con Musk y que los ingenieros estaban trabajando en soluciones para limitar la interferencia.

Vera Rubin

LSST Camera Team/SLAC/VRO/Carnegie Institution
Vera Rubin (1928-2016) fue una astrónoma estadounidense pionera en el concepto de la materia oscura. El nuevo observatorio lleva su nombre.

Sin embargo, el director del observatorio dijo que ahora se necesitaba un mayor compromiso de otra compañía, OneWeb, propiedad de India y Gran Bretaña.

Los satélites de esta red podrían eventualmente plantear un problema mayor que SpaceX porque sus artefactos espaciales están a mayor altura en el cielo y permanecerán en el campo de visión del VRO por mucho más tiempo.

Un brócoli en una caja

J.Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory)
El éxito con las fotografías del brócoli hace sentirse confiados a los científicos.

“Estos problemas no son completamente irresolubles, pero se necesita una cooperación razonable”, dijo Kahn.

Se espera que la cámara del OVR comience a tomar imágenes del cielo (en lugar de cabezas de brócoli) a fines de 2022.


Recuerda que puedes recibir notificaciones de BBC Mundo. Descarga nuestra app y actívalas para no perderte nuestro mejor contenido.

https://www.youtube.com/watch?v=8urGTdEioOQ

https://www.youtube.com/watch?v=JGg3BXeb_Gc

https://www.youtube.com/watch?v=vGFBBkfuOZk

Lo que hacemos en Animal Político requiere de periodistas profesionales, trabajo en equipo, mantener diálogo con los lectores y algo muy importante: independencia. Tú puedes ayudarnos a seguir. Sé parte del equipo. Suscríbete a Animal Político, recibe beneficios y apoya el periodismo libre.

#YoSoyAnimal
close
¡Muchas gracias!

Estamos procesando tu membresía, por favor sé paciente, este proceso puede tomar hasta dos minutos.

No cierres esta ventana.