Michael Faraday (1791-1867) es probablemente mejor conocido por su descubrimiento de la inducción electromagnética, sus contribuciones a la ingeniería eléctrica y electroquímica o debido al hecho de que fue responsable de introducir el concepto de campo en la física para describir la interacción electromagnética. Pero tal vez no es tan bien conocido que también hizo contribuciones fundamentales a la teoría electromagnética de la luz.,

en 1845, hace solo 170 años, Faraday descubrió que un campo magnético influía en la luz polarizada, un fenómeno conocido como efecto magneto-óptico o efecto Faraday. Para ser precisos, encontró que el plano de vibración de un haz de luz polarizada linealmente incidente en una pieza de vidrio giró cuando se aplicó un campo magnético en la dirección de propagación del haz. Este fue uno de los primeros indicios de que el electromagnetismo y la luz estaban relacionados., Al año siguiente, en mayo de 1846, Faraday publicó el artículo Thoughts on Ray Vibrations, una publicación profética en la que especulaba que la luz podría ser una vibración de las líneas de fuerza eléctrica y magnética.

el caso de Faraday no es común en la historia de la física: aunque su formación fue muy básica, las leyes de la electricidad y el magnetismo se deben mucho más a los descubrimientos experimentales de Faraday que a cualquier otro científico., Descubrió la inducción electromagnética, que llevó a la invención de la Dinamo, el precursor del generador eléctrico. Explicó la electrólisis en términos de fuerzas eléctricas y también introdujo conceptos como el campo y las líneas de fuerza, que no solo eran fundamentales para comprender las interacciones eléctricas y magnéticas, sino que también formaron la base de nuevos avances en la física.

Michael Faraday nació en el Sur de Londres, en una familia humilde. La única educación formal básica que recibió fue en lectura, escritura y aritmética cuando era niño., Dejó la escuela cuando tenía trece años y comenzó a trabajar en una tienda de encuadernación. Su pasión por la ciencia fue despertada por la descripción de la electricidad que leyó en una copia de la Encyclopædia Britannica he was binding, después de lo cual comenzó a experimentar en un laboratorio improvisado. Faraday fue contratado en 1813 como asistente de laboratorio de Humphry Davy en la Royal Institution en Londres, donde fue elegido miembro en 1824 y donde trabajó hasta su muerte en 1867, primero como asistente de Davy, luego como su colaborador, y finalmente, después de la muerte de Davy, como su sucesor., Faraday causó tal impresión en Davy que cuando se le preguntó sobre su mayor descubrimiento, Davy respondió:»Mi mayor descubrimiento fue Michael Faraday». En 1833 se convirtió en el primer profesor Fulleriano de Química en la Royal Institution. Faraday también es reconocido como un gran divulgador de la ciencia. En 1826 Faraday estableció los discursos vespertinos de los viernes en la Royal Institution, que son un canal de comunicación entre científicos y laicos., Al año siguiente lanzó las Conferencias de Navidad para jóvenes-que ahora se emiten en la televisión nacional cada año -, una serie cuyo objetivo es presentar la ciencia al público en general. Faraday mismo dio muchas de estas conferencias. Ambos continúan hasta el día de hoy.

Faraday hizo su primer descubrimiento del electromagnetismo en 1821., Repitió el experimento de Oersted colocando un pequeño imán alrededor de un cable portador de corriente y verificó que la fuerza ejercida por la corriente en el imán era circular. Como explicó años más tarde, el cable estaba rodeado por una serie infinita de líneas circulares concéntricas de fuerza, que él denominó el campo magnético de la corriente. Tomó el trabajo de Oersted y Ampère en las propiedades magnéticas de las corrientes eléctricas como punto de partida y en 1831 logró una corriente eléctrica de un campo magnético cambiante, un fenómeno conocido como inducción electromagnética., Descubrió que cuando una corriente eléctrica pasaba a través de una bobina, otra corriente muy corta se generaba en una bobina cercana. Este descubrimiento marcó un hito decisivo en el progreso no solo de la ciencia, sino también de la sociedad, y se utiliza hoy en día para generar electricidad a gran escala en las centrales eléctricas. Este fenómeno revela algo nuevo sobre los campos eléctricos y magnéticos., A diferencia de los campos electrostáticos generados por cargas eléctricas en reposo cuya circulación a lo largo de un camino cerrado es cero (un campo conservador), la circulación de los campos eléctricos creados por campos magnéticos es a lo largo de un camino cerrado que no sea cero. Esta circulación, que corresponde a la fuerza electromotriz inducida, es igual a la tasa de cambio del flujo magnético que pasa a través de una superficie cuyo límite es un bucle de alambre (Ley de Faraday de inducción)., Faraday inventó el primer motor eléctrico, el primer transformador eléctrico, el primer generador eléctrico y la primera Dinamo, por lo que Faraday puede llamarse, sin duda, el padre de la ingeniería eléctrica.

Faraday abandonó la teoría de fluidos para explicar la electricidad y el magnetismo e introdujo los conceptos de campo y líneas de campo, alejándose de la explicación mecanicista de fenómenos naturales como las acciones a distancia de Newton., La introducción de Faraday del concepto de campo en la física es quizás su contribución más importante y fue descrita por Einstein como el gran cambio en la física porque proporcionó electricidad, magnetismo y óptica con un marco común de teorías físicas. Sin embargo, las líneas de fuerza de Faraday no fueron aceptadas hasta varios años después, cuando James Clerk Maxwell entró en escena.,

como se señaló al principio de este artículo, otro efecto y quizás menos conocido descubierto por Faraday fue la influencia de un campo magnético sobre la luz polarizada, un fenómeno conocido como el efecto Faraday o efecto magneto-óptico. La mente inquisitiva de Faraday no se contentó con simplemente descubrir la relación entre la electricidad y el magnetismo. También quería determinar si los campos magnéticos tenían un efecto sobre los fenómenos ópticos. Creía en la unidad de todas las fuerzas de la naturaleza, y en particular de la luz, la electricidad y el magnetismo., El 13 de septiembre de 1845 descubrió que el plano de polarización de la luz polarizada linealmente gira cuando esta luz viaja a través de un material al que se aplica un fuerte campo magnético en la dirección de propagación de la luz., Faraday escribió en el párrafo #7504 de su lechería:

«hoy trabajó con líneas de fuerza magnética, pasándolas a través de diferentes cuerpos (transparentes en diferentes direcciones) y al mismo tiempo pasando un rayo de luz polarizado a través de ellas (there) hubo un efecto producido en el rayo polarizado, y por lo tanto se demostró que la fuerza magnética y la luz tenían relación entre sí».,

Esta fue sin duda la primera indicación clara de que la fuerza magnética y la luz estaban relacionadas entre sí y también mostró que la luz está relacionada con la electricidad y el magnetismo. En relación con este fenómeno Faraday también escribió en el mismo párrafo:

«Este hecho probará muy probablemente extremadamente fértil y de gran valor en la investigación de ambas condiciones de fuerza natural».

no estaba equivocado. Este efecto es una de las piedras angulares de la teoría electromagnética de la luz.,

en el discurso del viernes por la noche de una institución real pronunciado en abril de 1846, Faraday especuló que la luz podría ser alguna forma de perturbación que se propaga a lo largo de las líneas de campo. La verdad es que en este viernes en particular fue Charles Wheatstone quien estaba programado para dar una charla sobre su cronoscopio. Sin embargo, en el último minuto, Wheatstone tuvo un ataque de miedo escénico y hasta Faraday dio la charla de Wheatstone., Puesto que terminó antes de tiempo, llenó los minutos restantes revelando sus pensamientos sobre la naturaleza de la luz. El discurso de Faraday fue publicado el mismo año en la revista Philosophical bajo el título Thoughts on Ray-Vibrations. Faraday incluso se atrevió a cuestionar la existencia del éter luminífero-una herejía científica en ese momento -, que se suponía que era el medio para la propagación de la luz como tan elegantemente Fresnel había descrito en su teoría ondulatoria de la luz. Propuso que la luz no podía ser el resultado de vibraciones de éter, sino vibraciones de las líneas físicas de fuerza., Faraday trató de dejar fuera el éter, pero mantuvo las vibraciones. En un tono casi apologético, Faraday termina su artículo diciendo:

» creo que es probable que haya cometido muchos errores en las páginas anteriores, ya que incluso para mí, mis ideas sobre este punto aparecen solo como la sombra de una especulación».

Sin embargo, esta idea de Faraday fue recibida con considerable escepticismo y rechazada por todos hasta que el artículo de Maxwell titulado Una teoría dinámica del campo electromagnético fue publicado en 1865., En este artículo, Maxwell no solo describe su teoría electromagnética seminal de la luz –uno de los hitos conmemorados en este Año Internacional de la luz 2015– sino que también atribuye las ideas que eventualmente formaron la base de su teoría a los pensamientos de Faraday sobre las vibraciones de los rayos., En la página 466 de su Documento, y con la modestia que siempre caracterizó a Maxwell, se refiere al documento de Faraday de 1846 de la siguiente manera:

«la concepción de la propagación de perturbaciones magnéticas transversales a la exclusión de las normales es claramente expuesta por el profesor Faraday en sus ‘pensamientos sobre las vibraciones de los rayos’. La teoría electromagnética de la luz, como propone, es la misma en sustancia que la que he comenzado a desarrollar en este documento, excepto que en 1846 no había datos para calcular la velocidad de propagación».,

y en la página 461 de su artículo de 1865 Maxwell también se refiere al efecto magneto-óptico, declarando:

«Faraday descubrió que cuando un rayo polarizado atraviesa un medio diamagnético transparente en la dirección de las líneas de fuerza magnética producidas por imanes o corrientes en el vecindario, el plano de polarización se hace girar».

en todo Michael Faraday es citado seis veces y mencionado tres veces en el artículo de Maxwell de 1865., Sin embargo, esto no es sorprendente teniendo en cuenta que una gran cantidad de trabajo de Maxwell se basa en el trabajo de Faraday y Maxwell modeló matemáticamente la mayoría de los descubrimientos de Faraday sobre el electromagnetismo en la teoría que conocemos hoy en día.

Las ondas electromagnéticas sobre cuya existencia Faraday especuló en 1846 con sus pensamientos sobre las vibraciones de los rayos, y que fueron matemáticamente predichas por Maxwell en 1865, fueron finalmente producidas en un laboratorio por Hertz en 1888. El resto es historia., Está claro que Maxwell abrió la puerta a la física del siglo XX, pero no es menos claro que Faraday le dio a Maxwell algunas de las llaves que usó.

en 1676 Newton envió una carta a su rival Hooke en la que escribió: «Si he visto más, es por estar de pie sobre los hombros de Gigantes» (*). Doscientos cincuenta años más tarde, durante una de las visitas de Einstein a Cambridge, Reino Unido, alguien comentó: «has hecho grandes cosas, pero te paras sobre los hombros de Newton». Einstein respondió:»No, estoy sobre los hombros de Maxwell»., Si alguien le hubiera dicho lo mismo a Maxwell, probablemente habría dicho que estaba sobre los hombros de Faraday.

(*) aunque esta frase es interpretada por algunos autores como un comentario sarcástico dirigido a la apariencia jorobada de Hooke, hoy en día la frase se usa generalmente de una manera positiva. Ahora el comentario de Newton es una afirmación de cómo la ciencia es una serie de avances incrementales cuyo alcance se basa en los alcanzados previamente (Véase, por ejemplo, el libro de Stephen Hawking titulado On the Shoulders of Giants).,

Augusto Belén

Profesor Titular de Física Aplicada en la Universidad de Alicante (España) y miembro de la Real Sociedad Española de física

Bibliografía

• A. Díaz-Hellín, Faraday: el gran cambio en la Física (Nívola. Madrid, 2001).
• Ordóñez, V. Navarro y J. M. Sánchez Ron, Historia de la ciencia (Espasa Calpe. Madrid, 2013).
• Forbes and B. Mahon, Faraday, Maxwell, and the Electromagnetic Field: How Two Men Revolutionized Physics (Prometheus Books. Nueva York, 2014).,
• Zajonc, Catching the Light: The Entwined History of Light and Mind (Oxford University Press. Nueva York, 1995)
• Hawking, On the Shoulders of Giants: The Great Works of Physics and Astronomy (Running Press. Philadelphia, 2002)
• Mansuripur, Classical Optics and its Applications (Cambridge University Press. Cambridge, 2002)