1r ciclo Más allá de la divulgación II. Campo electromagnético

[antondbcn]

Hola a todos:

Este hilo es la continuación de 'Relatividad más allá de la divulgación'.

En aquel hilo me quedó claro que las perturbaciones del campo electromagnético de masa nula se desplazan siempre a la misma velocidad, la de la luz. Ahora necesito una descripción de algunos conceptos relacionados.

Entiendo que el campo electromagnético referido ocupa todo el espacio y se trata de la superposición de dos campos, uno eléctrico y otro magnético, dependientes uno del otro. Como campo, supongo que se puede describir como una asociación a cada punto del espacio de algo (¿una capacidad de acción?¿una fuerza?) con al menos tres características: una amplitud o módulo, una dirección espacial y una naturaleza física concreta.

La primera pregunta es si lo descrito como campo electromagnético se ajusta a los modelos físicos actuales. Y la segunda pregunta es ¿qué hecho físico de los campos nos obliga a distinguirlos? Dicho de otro modo, ¿sobre qué actúa lo 'eléctrico' y sobre qué lo 'magnético'?

Saludos

[sater]

Lo descrito, con matices (¿a qué te refieres con naturaleza física concreta?) se asemeja.

Existe un campo eléctrico en un punto del espacio si al colocar una carga de prueba en dicho punto esta experimenta una fuerza eléctrica.
Existe un campo magnético en un punto del espacio si una carga prueba en dicho punto con velocidad no nula experimenta una fuerza magnética.

Aun así, todo lo dicho tiene matices y sutilezas al igual que cualquier concepto en física, que debe estudiarse por capas de profundidad y generalizándolo conforme se profundiza. Al respecto, Feynman dijo en sus lectures:

You might ask why we cannot teach physics by just giving the basic laws on page one and then showing how they work in all possible circumstances, as we do in Euclidean geometry, where we state the axioms and then make all sorts of deductions. (So, not satisfied to learn physics in four years, you want to learn it in four minutes?) We cannot do it in this way for two reasons. First, we do not yet know all the basic laws: there is an expanding frontier of ignorance. Second, the correct statement of the laws of physics involves some very unfamiliar ideas which require advanced mathematics for their description. Therefore, one needs a considerable amount of preparatory training even to learn what the words mean. No, it is not possible to do it that way. We can only do it piece by piece.
Each piece, or part, of the whole of nature is always merely an approximation to the complete truth, or the complete truth so far as we know it. In fact, everything we know is only some kind of approximation, because we know that we do not know all the laws as yet. Therefore, things must be learned only to be unlearned again or, more likely, to be corrected.

El resto de la lección merece una leída también.

[Jaime Rudas]

Dices:
"Existe un campo eléctrico en un punto del espacio si una carga prueba en dicho punto con velocidad no nula experimenta una fuerza magnética".
Seguramente es campo magnético

[sater]

Gracias Jaime, ya está corregido

[antondbcn]

Hola:

Aún a riesgo de desviar la atención original del hilo, he de decir lo siguiente: Es decepcionante leer respuestas como la tuya, sater. Para mí es la solución al siguiente problema: ¿cómo hago para sabotear el hilo sin que lo parezca? Visto de esa manera no la veo decepcionante sino, más bien al contrario, muy brillante.

Retomando el asunto, reitero mis preguntas iniciales añadiendo una más que seguro hará falta responder para completar el paso: ¿qué es una carga?

Saludos

[sater]

Si te ha parecido esa mi intención, desde luego lo siento (aunque me alegra que lo consideres brillante ). Yo soy el primero al que le encanta responder las dudas que pueda, alargarme cuanto sea necesario, e intentar conectar con el nivel de cada uno (como se ha hecho mil veces antes en este foro por mí).

El problema que veo en las preguntas de algunos es que esperáis unas respuestas que la física no puede daros. La física es una ciencia pragmática, se preocupa del cómo, de definir relaciones, y sobre todo, de predecir y analizar fenómenos. El cómo llamamos a las cosas es lo de menos, y desde luego, a poco que profundices, responder por qués o preguntarnos por la naturaleza de los objetos que manejamos roza lo metafísico (sin criticar tal ahínco, que yo también profeso a ratos). Me explicaba mejor al final de esta entrada. Procedo a copiarlo para que no sea necesario salirse de esta página:

Para Newton su teoría sobre la gravitación no podía ser la definitiva. Escribía al respecto:

» Es inconcebible que la materia bruta inanimada opere y afecte (sin la mediación de otra cosa que no sea material) sobre otra materia sin contacto mutuo. […] Que la gravedad sea innata, inherente y esencial a la materia de forma que un cuerpo pueda actuar a distancia a través de un vacío sin la mediación de otra cosa con la cual su acción o fuerza puede ser transmitida de [un lugar] a otro, es para mí algo tan absurdo que no creo que pueda caer en ella ninguna persona con facultades competentes de pensamiento en asuntos filosóficos.»

Es decir, Newton no creía que pudieran existir fuerzas que actuasen a distancia. Por tanto, su teoría estaba incompleta. Funcionaba, sí, así que a usarla. Pero quedaba ahí un remorcillo extraño…

Fue ya con Faraday y su introducción de la idea de campo que la acción a distancia quedó olvidada. Se entiende que las masas crean un campo gravitatorio a su alrededor en todos los puntos del espacio, campo que, al situar una masa en un punto dado, siente y ante el que responde. Aunque esta idea bien podría horrorizar a los coetáneos de Newton.

El problema es que en aquella época, se esperaba que las teorías se fundamentaran en la razón pura, que hubiese un mecanismo lógico detrás de ellas aprehensible por la mente humana. ¿Cómo podía una masa saber que existe otra que la atrae de manera proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional a la distancia que las separa al cuadrado, y además moverse acorde a lo que tal fuerza dicta?

Por ejemplo, tenemos la sensación de que entendemos cómo funciona la transmisión de calor, la igualación de temperaturas, al entender que la temperatura es el resultado de la agitación molecular de la materia. De la misma manera, podríamos pensar en buscar una teoría para la gravitación del mismo estilo (ejemplo de Feynman, no mío): imaginemos que el espacio está permeado por partículas minúsculas viajando en todas direcciones y golpeando a los cuerpos, transfiriendo así momento y pudiendo modificar su movimiento. En tal caso, el Sol produciría un «efecto sombra» sobre los planetas, cuyo efecto caería con la distancia al cuadrado, que reduciría el número de choques sobre los planetas en tal dirección, y por los choques en la cara contraria produciría una fuerza «efectiva» dirigida hacia el Sol que los haría orbitar.

Desde luego, esta teoría es errónea, porque para reproducir la fuerza existente, los choques serían lo suficientemente intensos que los planetas ya habrían caído en espiral hacia el Sol (debido a que en su movimiento los frenarían las partículas que encontrasen de frente debido a la mayor velocidad relativa). Pero aunque fuera correcta, seguiríamos sin poder calmar nuestra ansia de entender las causas. ¿Por qué están estas bolitas dando vueltas de manera aleatoria por el espacio? Y de igual manera ¿por qué se agitan las moléculas? Si sigues preguntando, llegarás al principio de incertidumbre y claro… ¿por qué no podemos determinar con absoluta precisión ciertas parejas de variables conjugadas?

En algún momento, la cadena de por qué’s se topa con un muro infranqueable. La relatividad general, la mayor creación de Einstein, nos acerca un poco más a lo que podríamos decir que «es la realidad» (si es que eso tiene sentido), obteniendo una teoría relativista de la gravitación (sin transmisión instantánea de información), pero los por qué’s siguen ahí. Para responder un por qué en física, hemos de situarnos primero en un paradigma que todos aceptemos, y a partir de ahí podemos preguntar lo que queramos con el nivel de profundidad que el paradigma nos permita. Imprescindible ver el siguiente vídeo de Feynman al respecto.

Y es que este problema filosófico lo arrastramos hasta hoy día, es un deje que no podemos evitar al adentrarnos en el estudio de la física. ¿Cómo sabe el electrón que ahora ambas rendijas están abiertas? ¿Cómo sabe el electrón que circula por un cable, ante una bifurcación, qué camino seguir y cual presenta menos resistencia? Queremos atribuir razonamientos humanos al comportamiento de la materia. Necesitamos porqué’s. Y la física solo sabe darnos cómo’s (y ninguna otra rama del saber nos dará nada mejor).

Y hemos de vivir con ello, transitando el camino que nos lleve a convivir con el menor número de por qué’s posibles.

Respondiéndote ahora, la carga es la propiedad de las partículas que les permite interactuar electromagnéticamente. No sabría entrar en más detalles a menos que concretes.