En la naturaleza hay una serie de constantes fundamentales, por ejemplo, algunas de ellas son: la constante universal de la gravedad (G = 6.67X10-11 Nm2/Kg2), la velocidad de la luz (3X108m/s) y la unidad fundamental de carga eléctrica (1.6X10-19 C). Estas y otras constantes parecidas gobiernan completamente la naturaleza del mundo en que vivimos, si alguna de estas constantes tuviera un valor diferente al que tienen, el mundo sería distinto del que ahora es. Los físicos no son todos iguales, solo pocos tuvieron la visión de un Kepler o de un Faraday, menos aún la fama y el destino de Galileo. Nunca se volverá a ver el universo con la visión revolucionaria de Copérnico y nunca volverá a existir otro Isaac Newton. Hasta nuestros días se mantienen y preservan los vestigios de sus vidas y las obras que transcienden el espacio-tiempo y que son la base o punto de partida para los físicos.
Sin distinción del tiempo y del lugar en donde trabajan, todos los físicos parecen estar igualmente fascinados por los misterios de la naturaleza, por ejemplo, la misteriosa naturaleza de la luz, la propia idea de la luz y, especialmente la velocidad de la misma, fue algo muy difícil de comprender, así como la inconcebible inmensidad del universo. En términos cósmicos, el Sol, una estrella bastante común, está relativamente cerca y su luz llega a la Tierra en unos pocos minutos (aproximadamente 8.3 minutos), pero desde las inmensidades del espacio la luz viaja tanto que su desplazamiento no se mide en minutos ni en horas sino en años luz (un año luz es la distancia que recorre la luz en un año a la velocidad de 300, 000 kilómetros por segundo: Km/s). La estrella más próxima a la Tierra, más allá del Sol (Próxima Centauri), se encuentra a cuatro años luz de distancia, lo que significa que desplazándose a 300, 000 Km/s la luz de esa estrella tarda cuatro años en llegar a la Tierra. A través de los años, encontrar un método preciso para medir la velocidad de la luz, fue una labor titánica.
En la antigüedad los científicos consideraban a la luz como algo infinito, un fenómeno que viaja instantáneamente desde la fuente hasta el observador (así la consideraban Kepler y Descartes), pero algunos comenzaron a sospechar algo diferente (Galileo y Newton pensaban que era finita). En 1675, Olaus Roemer, astrónomo danés del Real Observatorio de París, observó un aparente retraso en los eclipses de los satélites de Júpiter y lo utilizó para estimar la velocidad de la luz. En 1849, Armand Hippoyte utilizó una rueda giratoria para medir la velocidad de la luz; la midió tanto en el aire (calculó 315, 000 Km/s) como en el agua (encontrando que la luz se propaga con mayor rapidez en el aire que en el agua). En 1850, otro físico francés, Jean Foucault, midió la velocidad de la luz con un espejo giratorio. Esos experimentos eran bastante avanzados para la época y de hecho nadie consiguió nada mejor sino hasta el año de 1926, cuando Albert A. Michelson midió, con precisión, el tiempo que la luz tardaba en recorrer la distancia entre dos picos de montaña: del monte Wilson al monte San Antonio: las dos cumbres están separadas unos treinta kilómetros, la luz necesitó, en su recorrido, una diezmilésima de segundo (0.0001 s), era un tiempo suficientemente grande para que Michelson realizara la medida con precisión. Con esta información encontró que la velocidad de la luz era aproximadamente c = 300, 000 Km/s.
¿Por qué la velocidad de la luz tiene ese valor específico? ¿Por qué es una constante fundamental de la naturaleza? En realidad, nadie lo sabe ciertamente. La velocidad de la luz es una de las constantes fundamentales que determina la escala de todas las cosas en el universo. La Constante de la Gravitación Universal de Newton es otra, desde tiempos de Newton se conocía que la fuerza gravitatoria era proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, pero se desconocían la constante de proporcionalidad y la masa de la Tierra. Cuando Henry Cavendish realizó su famoso experimento, utilizó una balanza de torsión, que previamente había diseñado y fabricado John Michell.
Una versión inicial de este experimento fue propuesta por John Michell, quien llegó a construir una balanza de torsión para medir la fuerza de atracción entre dos masas, sin embargo, murió en 1793 sin poder completar su experimento y el instrumento que había construido fue heredado por Francis John Hyde Wollaston, quien a su vez se lo entregó a Cavendish, quien se interesó en la idea de Michell y reconstruyó la balanza de torsión. Realizó varios experimentos con el propósito de dar a conocer la masa de la Tierra o como Cavendish propuso: “Un experimento para pesar la Tierra”. En la historia de la ciencia Cavendish ha sido el primer hombre en dar un valor correcto a la masa de la Tierra, el cual aparece en los resultados de un experimento encaminado a la determinación de la densidad media de la Tierra publicado en 1798.
Este descubrimiento fue esencial para determinar el valor de la Constante de la Gravitación Universal, para la primera determinación de la masa de los planetas y del Sol. A principios del siglo XIX se pudo obtener por primera vez, con gran precisión, el valor de la constante gravitacional G a partir del trabajo de Cavendish; el valor obtenido fue de 6.76X10-11, que difiere en algo del actual (6.67X10-11). El experimento realizado por Cavendish está considerado como uno de los experimentos más bellos de la Física. Sin embargo, no es alguien muy conocido y parece como si Newton, aunque también un excelente físico, se llevase su crédito, por descubrir la Constante de la Gravitación Universal.
Cuando los físicos comprenden las fuerzas de la electricidad y la gravedad se acercan a la escala y a la estructura del universo, pero para completar el viaje necesitan hacer una conexión con otra fuerza, la que aparece en el fenómeno del magnetismo. El magnetismo difiere de la gravedad y de la electricidad de forma muy sutil: la gravedad, una fuerza que actúa entre masas y siempre atrae; la electricidad, que actúa entre cargas diferentes también atrae, pero actuando entre cargas del mismo signo repelerá; y el magnetismo que, actuando entre polos magnéticos diferentes, también atrae, y actuando entre polos magnéticos iguales, repele.
La sutil diferencia entre el magnetismo y las otras fuerzas, consiste en que los polos magnéticos nunca están solos, siempre están en parejas, y ambos son iguales y opuestos. A pesar de sus diferencias la gravedad, la electricidad y el magnetismo obedecen a leyes de fuerzas similares. El vínculo entre la electricidad y magnetismo se reveló en 1820 por Hans Christian Orsted. Y cuenta la leyenda que realizó su descubrimiento mientras desarrollaba un experimento en una conferencia por casualidad; hay otra teoría que considera que el descubrimiento no fue realizado por casualidad. Orsted sabía que las corrientes eléctricas originaban fenómenos curiosos, por ejemplo, cambios de unos compuestos químicos en otros o que un cable portador de corriente convertía la electricidad en calor e incluso en luz.
Orsted estaba absolutamente seguro de que su corriente eléctrica se convertiría igualmente en magnetismo. La idea era la siguiente: haría pasar una corriente eléctrica por un hilo conductor, situándolo perpendicular a la aguja magnética de una brújula. Al pasar la corriente a través del hilo, éste se convertiría en un imán y se notaría porque la aguja magnética se pondría paralela al hilo, de esta manera mostraría la conexión entre la electricidad y el magnetismo; al realizar el experimento no ocurrió lo que él esperaba. Decepcionado, intentó varias cosas, pero nada funcionaba, la aguja magnética no se movía; después de esto, repite el experimento y decide hacer la única cosa que de hecho no había intentado, porque no tenía sentido en absoluto, así que ahora coloca el hilo paralelo a la aguja magnética, al cerrar el circuito, observa que la aguja magnética se mueve: Orsted había descubierto el electromagnetismo.
Fue así como realmente sucedió, es difícil asegurarlo, pero el hecho es que Orsted en un momento de genialidad había hecho un descubrimiento. Electrificó las mentes científicas del siglo XIX, aunque algunos intelectuales tardaron más de cincuenta años en aceptarlo. Era un concepto tan poderoso que cuando finalmente fue comprendido tuvo el inmenso poder de relacionar la electricidad ordinaria con las más extraordinarias luces del universo: con las estrellas.
Sé parte de la Unidad Académica de Ciencia y Tecnología de la Luz y la Materia (LUMAT). Informes: http://lumat.uaz.edu.mx/; https://www.facebook.com/LUMAT.UAZ; https://twitter.com/LumatUaz.
*Docente Investigador de la Unidad Académica
de Ciencia y Tecnología de la Luz y la Materia. LUMAT.
**Docente Investigadora de la Unidad Académica Preparatoria.
