De los campos

Experientia docet

Campo 1

El de campo es uno de los conceptos más importantes de la física moderna y se refiere, en términos generales, a la forma en que tanto las fuerzas clásicas, magnéticas, eléctricas y gravitacionales, como las cuánticas, electrodinámica, cromodinámica, interacción electrodébil y Higgs, actúan en el espacio.

El concepto de campo vino a remediar las dificultades (horripilantes, parafraseando a Einstein) que muchos científicos encontraban con tener que asumir la existencia de fuerzas actuando a distancia sin la intervención de alguna entidad material. Los campos vinieron a suplir muchas de las funciones atribuidas a las teorías del éter que se desarrollaron en la primera mitad del XIX tras el triunfo de la teoría ondulatoria de la luz de la mano de Augustin-Jean Fresnel.

Fue Michael Faraday el que introdujo el término “campo” en la filosofía natural el 7 de noviembre de 1845 como consecuencia de su descubrimiento del efecto magneto-óptico que lleva su nombre y del diamagnetismo. Usó el término como recurso explicativo, haciendo una analogía con un campo de estrellas visto por un telescopio. Durante la década siguiente desarrolló el concepto hasta convertirlo en un potente marco conceptual para los fenómenos electromagnéticos. Éste incorporaba buena parte de sus ideas anteriores acerca de la acción magnética, especialmente su uso de líneas curvas de fuerza, que venía utilizando desde comienzo de la década de los años treinta para explicar fenómenos como la inducción electromagnética. Incorporaba también su radical oposición al éter y a los átomos. Tal y como escribió en 1846, quería “desechar el éter, pero no las vibraciones”.

Campo 2

Inicialmente los contemporáneos de Faraday ignoraron el concepto de campo, fundamentalmente porque carecía de la fundamentación y precisión matemáticas de las teorías con acción a distancia, como la electrodinámica de André-Marie Ampère. Así, William Thomson (más tarde barón Kelvin) reaccionó inicialmente con desprecio ante “la forma de hablar de los fenómenos” de Faraday. Pero la teoría del campo de Faraday tenía la enorme ventaja a la hora de tratar los fenómenos eléctricos de que consideraba no sólo al cable que transportaba la corriente sino también su aislamiento, el entorno externo inmediato a éste y así sucesivamente. De ahí que el concepto de campo fuese clave en el desarrollo de la teoría de la comunicación telegráfica a larga distancia, algo que era de extrema importancia en los años cincuenta del XIX para un Imperio Británico que proyectaba la construcción del primer cable transatlántico. Las teorías de la acción a distancia no podían tratar este problema. Fue el mismo William Thomson quien lo resolvió, usando el concepto de campo de Faraday, lo que le valió fama, fortuna y el título de sir.

Este éxito de orden práctico hizo que el concepto de campo se adoptase rápidamente en el Reino Unido primero. Las mentes matemáticas de Thomson y James Clerk Maxwell le proporcionaron el armazón matemático del que carecía, con la paradoja de que Faraday no fue capaz de seguir su desarrollo por su falta de preparación matemática.

Sin embargo, al contrario que Faraday, que quería erradicar el éter de la filosofía natural, tanto Thomson como Maxwell buscaron interpretar el campo en términos de modelos mecánicos elaborados (que implicaban vórtices de éter) en un intento de conservar el éter. Este proyecto terminó fallando. Los físicos relativistas, especialmente Hendrik Antoon Lorentz y Albert Einstein, reemplazaron el éter por un campo no mecánico, un espaciotiempo capaz de propagar fuerzas, que es uno de los pilares de la física actual.

El otro gran pilar de la física actual, la mecánica cuántica abrazó completamente el concepto de campo tras el trabajo de Paul A.M. Dirac que explicaba la emisión espontánea de un fotón, el cuanto del campo electromagnético, en términos de campos cuánticos. Poco después el trabajo de Pascual Jordan, Eugene Wigner, Werner Heisenberg y Wolfgang Pauli llevó a la conclusión de que todas las partículas, incluyendo electrones y protones, pueden entenderse como cuantos de un campo cuántico.

La introducción en 1964 por parte de, entre otros, Robert Brout, François Englert y Peter Higgs, de la versión relativista del llamado campo de Higgs, que permea el espacio dotando de masa a las partículas que interaccionan con él, elevó el concepto de campo a la categoría de fundamental en el más amplio sentido de la palabra.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

4 comentarios

  • […] La evolución de nuestra concepción actual del espacio y el tiempo, íntimamente ligada al desarrollo de la física, puede ser dividida en tres etapas. La primera, a la que denominaremos absolutismo, estuvo dominada por los conceptos absolutos de espacio y tiempo de Newton. La segunda, que llamaremos espaciotiempo, girará en torno a este concepto de Minkowski. Finalmente, la tercera, la que se corresponde con nuestras ideas actuales, a la que nos referiremos como estructuras dinámicas espaciales y temporales, toma como eje las estructuras de Einstein constituidas por campos gravitacionales que interactúan con objetos materiales y otros campos físicos. […]

  • […] La evolución de nuestra concepción actual del espacio y el tiempo, íntimamente ligada al desarrollo de la física, puede ser dividida en tres etapas. La primera, a la que denominaremos absolutismo, estuvo dominada por los conceptos absolutos de espacio y tiempo de Newton. La segunda, que llamaremos espaciotiempo, girará en torno a este concepto de Minkowski. Finalmente, la tercera, la que se corresponde con nuestras ideas actuales, a la que nos referiremos como estructuras dinámicas espaciales y temporales, toma como eje las estructuras de Einstein constituidas por campos gravitacionales que interactúan con objetos materiales y otros campos físicos. […]

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