MAXWELL, James Clerk
MAXWELL, James Clerk

Descripción

James Clerk Maxwell, [Edimburgo (Escocia), 1831 – Cambridge (Inglaterra), 1879]. Fue un matemático, físico y astrónomo británico. Autor de la teoría unificada del electromagnetismo y la teoría cinética de gases. Demostró a partir de sus ecuaciones que la electricidad, el magnetismo y la luz son efectos originados por un fenómeno común. Se le considera el artífice de la segunda unificación de la Física. Brilló por su ente matemática. El mundo erudito le considera el científico del siglo XIX con mayor influencia en la Física del siglo XX.
Biografía
 
James Clerk MAXWELL nació el 13 de junio de 1831 en Edimburgo (Escocia). Su familia pertenecía a la pequeña nobleza de terratenientes escoceses. Su tío era el 6º barón de Clerk de Penicuik. Su padre, John Clerk Maxwell, se dedicó a la abogacía en Edimburgo y posteriormente pasó a encargarse de la administración de sus propiedades. John fue un hombre ávido de conocer los avances de la ciencia. Inculcó a su hijo el amor por la naturaleza y las ciencias. Un ejemplo de ello es que entre sus juguetes infantiles se encontraba un fenaquistiscopio, antepasado del cine, inventado por el belga Joseph Plateau. James fue instruido en la finca familiar por un joven profesor que, con su agresividad, no logró motivarlo. Y a los 10 años James fue enviado a la Academia de Edimburgo, donde sus compañeros se mofaban de él por su acento rural y sus vestimentas estrafalarias. Cuatro años más tarde, sin embargo, recibía la medalla al mérito en matemáticas.
 
Acompañando a su padre, y a partir de los 12 años, asistía con frecuencia a las reuniones en la Edinburgh Royal Society, que marcó su trayectoria. En 1845 escribió su primera ponencia científica, que ante su juventud tuvo que ser presentada a la Edinburgh Society por un profesor de la Universidad de Edimburgo. Describía un método para dibujar elipses y figuras con más de dos focos, cuyas propiedades explicaba de forma más sencilla que lo había hecho René Descartes dos siglos antes.  La ponencia fue publicada por la Edinburgh Society lo que le valió para incorporarlo como miembro a sus 14 años.
 
Dos años más tarde, ingresó en la Universidad de Edimburgo, mostrando un gran interés en la óptica y en la investigación del color, en particular en las propiedades de la luz polarizada.  Demostró que la luz blanca se podía descomponer en tres colores fundamentales: rojo, verde y azul y elaboró la teoría del daltonismo. Completados tres cursos en la Universidad de Edimburgo, se matriculó en el Trinity Collegede la Universidad de Cambridge, graduándose en 1854, como número dos de su promoción. En su tránsito por la Universidad inglesa fue elegido miembro de la sociedad secreta estudiantil ‘Los Apóstoles de Cambridge’ donde pudo desarrollar su concepción intelectual de la fe cristiana.
 
En 1856 abandonó Cambridge tras haber aprobado a los 26 años de edad las pruebas para acceder a una cátedra en el Marischal College de Aberdeen, donde los demás profesores le superaban en al menos 15 años.
 
En 1857 el St Johns’s College de la Universidad de Cambridge convocó el premio Adams para la mejor investigación sobre los anillos de Saturno. Maxwell presentó un ensayo sobre el resultado de sus estudios a lo largo de dos años, descubriendo que los anillos de este planeta no eran ni sólidos ni fluidos, sino que estaban formados por cuerpos minúsculos en órbita. Sus estudios sobre las características de los anillos de Saturno sentaron la base para sus posteriores investigaciones sobre la dinámica de los gases, su primera contribución relevante. Probó que la teoría nebular de la formación del Sistema Solar vigente en su época era errónea. Evidentemente obtuvo las £130 con que estaba dotado el Premio Adams 1857. En ese mismo año, hizo amistad con el Director del Marischal College, el reverendo Daniel Dewar, quien le presentó a su hija Katherine Mary Dewar, con quien James Clerk Maxwell se casaría el 2 de junio de 1858 en Aberdeeen.
 
En 1860 el Marischal College y King's College se unieron para fundar la Universidad de Aberdeen. Como había dos profesores para cada asignatura, Maxwell, a pesar de su prestigio, fue despedido. Optó a una cátedra en la Universidad de Edimburgo que no obtuvo, pero sí en el King's College de Londres, a donde se trasladó tras superar la enfermedad de la viruela.
 
En Londres acostumbró a asistir a las conferencias en la Royal Institution, donde conoció a Michael Faraday, unos 40 años mayor que Maxwell, lo que no fue óbice para establecer una estrecha relación entre los dos científicos. Es precisamente cuando Maxwell emprende nuevos estudios en el campo de la electricidad y las líneas de fuerza establecidas por Faraday, reduciendo a 20 ecuaciones diferenciales con 20 variables el conocimiento de la época, que publica en 1861 bajo el título de ‘Sobre las líneas de fuerza físicas’.
 
En 1862 en una conferencia en el King’s College Maxwell explicó que la velocidad de propagación de un campo electromagnético es aproximadamente la velocidad de la luz, concluyendo que la luz es, por tanto, un fenómeno electromagnético consistente en ondulaciones transversales del mismo tipo que causan los fenómenos eléctricos y magnéticos. Desarrollando estas ideas, mostró que las ecuaciones predicen la existencia de ondas de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que viajan a través del espacio vacío a una velocidad de 310.740.000 metros por segundo. Maxwell determina también que la velocidad de propagación de un campo electromagnético es similar a la velocidad de la luz.
 
En 1864, presentó en la Royal Society de Londres su ‘Teoría dinámica sobre el electromagnetismo’ que simplifica y resume todas las leyes del electromagnetismo. Las ecuaciones de Maxwell son uno de los mayores logros de la Física en el siglo XIX, ya que sintetizan las interacciones electromagnéticas. También expuso que la luz representa una pequeña región del espectro electromagnético y sugería la posibilidad de generar ondas electromagnéticas en el laboratorio.
 
Este hecho fue corroborado por Heinrich Hertz en 1887, ocho años después de la muerte de Maxwell, y supone el inicio de la era de la comunicación rápida a distancia. El trabajo de Maxwell sienta las bases para las investigaciones de Hertz y otros científicos para determinar la igualdad numérica de la velocidad de la luz en las unidades del sistema cegesimal y la relación de las unidades electromagnéticas con las electrostáticas.
 
En 1865, Maxwell y su esposa, mientras realizaban un experimento, descubrieron que la viscosidad en un gas es independiente de la presión y proporcional a la temperatura. El descubrimiento probaba que el comportamiento de los gases es diferente al de los cuerpos sólidos. Las moléculas se repelían entre sí con una fuerza proporcional a la distancia que las separa elevada a la quinta potencia. La teoría de los gases establecía que un gas está formado por moléculas en continuo movimiento y que chocan entre sí contra las paredes del recipiente. Esta teoría ya había sido estudiada anteriormente por científicos como Daniel Bernouilli, pero Maxwell y Boltzmann se centraron en ella utilizando la estadística matemática y el cálculo de probabilidades. En 1866 ambos lograron describir la distribución de probabilidad de la velocidad de las partículas, formulando, independientemente de Ludwing Boltzmann, la teoría cinética de los gases y que hoy día es conocida como Teoría de Maxwell-Boltzmann. Maxwell demostró que la temperatura condicionaba la distribución de velocidades. Concluyó que el calor se almacena en el movimiento de las moléculas gaseosas. La teoría fue aplicable a fenómenos de difusión, viscosidad y conductividad térmica del gas. Maxwell formuló la expresión termodinámica que establece la relación entre la temperatura de un gas y la energía cinética de sus moléculas.
 
En 1868, propusieron a Maxwell ser el decano del United College en la Universidad de Saint Andrews, pero lo rechazó. Sin embargo, años más tarde, aceptó la cátedra Cavendish de Física Experimental en la Universidad de Cambridge. En 1874, creó su laboratorio en esta universidad, que con el paso del tiempo se convirtió en un templo para la formación de científicos.
 
En 1873, en el período entre la renuncia de su puesto en Londres y la toma de posesión en Cavendish, y desde su finca de Glenair, Maxwell escribe un ‘Tratado sobre Electricidad y Magnetismo’ donde aparecen sus cuatro famosas ecuaciones, simplificadas ocho años más tarde por Oliver Heaviside. En el prefacio de esta obra declara que su principal tarea consistía en justificar matemáticamente conceptos físicos descritos hasta ese momento de forma únicamente cualitativa, como las leyes de la inducción electromagnética y de los campos de fuerza, enunciadas por Michael Faraday. Con este objeto, Maxwell introduce el concepto de onda electromagnética y el conjunto de las cuatro ecuaciones diferenciales que describen y cuantifican los campos de fuerzas, en términos de espacio y tiempo, y que permiten una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y magnetismo. Se dice que el gran físico vienés Ludwig Boltzmann exclamó al leer las ecuaciones de Maxwell: "¿Fue un Dios quien trazó estos signos?", usando las palabras de Goethe. Albert Einstein afirmaría que la teoría de la relatividad debe sus orígenes a las ecuaciones de Maxwell sobre los campos electromagnéticos.
 
James Clerk Maxwell falleció el 5 de noviembre de 1879, a los 48 años, en Cambridge (Inglaterra), de cáncer de estómago, de la misma enfermedad y a la misma edad que su madre. Su casa natal, hoy museo, es la sede de la Fundación James Clerk Maxwell.
 
En reconocimiento de su aportación a la ciencia llevan su nombre:
 
• La unidad de flujo magnético ‘maxwell’ (Mx) en el sistema CGS
• Los Montes Maxwell en Venus
• El Maxwell Gap en los anillos de Saturno
• El telescopio James Clerk Maxwell, mayor del mundo en longitudes de onda submilimétricas
• El James Clerk Maxwell Building de la Universidad de Edimburgo que aloja las Facultades de Matemáticas, Física y Meteorología
• El James Clerk Maxwell Buildingdel campus de Waterloo en el King's Collegede Londres, que aloja la cátedra de Física
• El James Clerk Maxwell Centre de la Academia de Edimburgo
 
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