¿Qué es la teoría electromagnética?
La teoría de la relatividad especial de Einstein describe el magnetismo como un subproducto de la fuerza eléctrica. Por lo tanto, estas dos fuerzas pueden considerarse diferentes facetas de una fuerza más fundamental, que los físicos llaman electromagnetismo. La teoría electromagnética describe una colección de afirmaciones científicas interconectadas utilizadas para responder preguntas sobre esta fuerza.
Los físicos usan los campos como abstracciones para describir cómo un sistema afecta su entorno. El campo eléctrico de un objeto cargado representa la fuerza que ejercería sobre una partícula cargada. El campo es más fuerte cerca del objeto porque la fuerza electrostática disminuye a medida que aumenta la distancia entre dos cargas. Los campos magnéticos se definen de manera similar, excepto que describen la fuerza ejercida sobre una partícula cargada en movimiento.
Las ideas más básicas en la teoría electromagnética son "un campo eléctrico cambiante genera un campo magnético" y "un campo magnético cambiante genera un campo magnético". Estos principios están cuantificados por las ecuaciones de Maxwell, llamadas así por James Clerk Maxwell, el físico y matemático escocés cuyo El trabajo en el siglo XIX estableció la disciplina al revolucionar la forma en que los físicos concibieron la luz. Las ecuaciones de Maxwell también arrojan relaciones previamente conocidas (la ley de Coulomb y la ley de Biot-Savart) al lenguaje de los campos.
Una partícula cargada genera un campo magnético a medida que se mueve, pero el campo magnético es perpendicular al movimiento de la partícula. Además, el efecto que este campo magnético tiene en una segunda carga en movimiento es perpendicular tanto al campo como al movimiento de la segunda carga. Estos dos hechos provocan que incluso los problemas básicos del electromagnetismo requieran un razonamiento tridimensional complejo. Históricamente, el desarrollo de vectores en matemáticas y ciencias debe gran parte de su progreso al trabajo de los físicos que intentan abstraer y simplificar el uso de la teoría electromagnética.
En el siglo XIX, la teoría electromagnética cambió la forma en que los físicos entendían la luz. Newton había descrito la luz en términos de partículas llamadas corpúsculos, pero Maxwell afirmó que era la manifestación de campos eléctricos y magnéticos que se empujaban entre sí a través del espacio. Según esta concepción, la luz visible, los rayos X, el radar y muchos otros fenómenos son intrínsecamente similares, cada uno una combinación de campos eléctricos y magnéticos que varían a una frecuencia diferente. Los científicos llaman al continuo de todas esas ondas el espectro electromagnético.
El éxito de la teoría electromagnética condujo al colapso del resto de la física newtoniana en el siglo XX. Einstein se dio cuenta de que la teoría de Maxwell requería espacio y tiempo para coordenadas interdependientes y diferentes de un espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Además, la teoría de la relatividad de Einstein mostró que el espacio era curvo y el paso del tiempo medido por un observador difería del medido por otro. Estos descubrimientos fueron totalmente incompatibles con la teoría del movimiento de Newton. Por lo tanto, el estudio del electromagnetismo ha alterado, directa o indirectamente, la forma en que los físicos entienden la electricidad, el magnetismo, la luz, el espacio, el tiempo y la gravedad.